Polimer malzemeler: teknoloji, türleri, üretimi ve uygulaması

2024 Yazar: Howard Calhoun | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-17 10:43

Polimerik malzemeler, aynı yapıya sahip çok sayıda küçük moleküler monomerden (birimler) oluşan kimyasal yüksek moleküler bileşiklerdir. Genellikle, polimerlerin üretimi için aşağıdaki monomerik bileşenler kullanılır: etilen, vinil klorür, vinil deklorür, vinil asetat, propilen, metil metakrilat, tetrafloroetilen, stiren, üre, melamin, formaldehit, fenol. Bu yazımızda polimerik malzemelerin ne olduğunu, kimyasal ve fiziksel özelliklerinin neler olduğunu, sınıflandırılmasını ve çeşitlerini detaylı olarak ele alacağız.

Polimer türleri

Bu malzemenin moleküllerinin bir özelliği, aşağıdaki değere karşılık gelen büyük bir moleküler ağırlıktır: М>5103. Bu parametrenin (M=500-5000) daha düşük seviyesine sahip bileşiklere oligomerler denir. Düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerde kütle 500'den azdır. Aşağıdaki polimerik malzeme türleri ayırt edilir: sentetik ve doğal. İkincisi, doğal kauçuk, mika, yün, asbest, selüloz vb. İçerir. Bununla birlikte, asıl yer, düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerden kimyasal sentez işleminin bir sonucu olarak elde edilen sentetik polimerler tarafından işgal edilir. bağlı olarakyüksek moleküler malzemelerin üretim yönteminden, ya polikondenzasyon ya da bir ekleme reaksiyonu ile oluşturulan polimerler ayırt edilir.

Polimerizasyon

Bu işlem, uzun zincirler elde etmek için düşük moleküler ağırlıklı bileşenlerin yüksek moleküler ağırlıklı bir kombinasyonudur. Polimerizasyon seviyesi, belirli bir bileşimin moleküllerindeki "mer" sayısıdır. Çoğu zaman, polimerik malzemeler bin ila on bin birimlerini içerir. Aşağıdaki yaygın olarak kullanılan bileşikler polimerizasyon ile elde edilir: polietilen, polipropilen, polivinil klorür, politetrafloroetilen, polistiren, polibütadien, vb.

Poliyoğunlaşma

Bu işlem, aynı tipte çok sayıda monomerin veya bir çift farklı grubun (A ve B) polikapasitörler (makromoleküller) halinde birleştirilmesinden ve aşağıdakilerin eşzamanlı oluşumundan oluşan aşamalı bir reaksiyondur. yan ürünler: metil alkol, karbon dioksit, hidrojen klorür, amonyak, su vb. Polikondenzasyon silikonlar, polisülfonlar, polikarbonatlar, amino plastikler, fenolik plastikler, polyesterler, poliamidler ve diğer polimerik malzemeleri üretir.

Polyadition

Bu işlem, sınırlayıcı reaksiyon kombinasyonları içeren monomerik bileşenlerin çoklu ilavesinin doymamış grupların monomerlerine (aktif döngüler veya çift bağlar) reaksiyonlarının bir sonucu olarak polimerlerin oluşumu olarak anlaşılır. Polikondenzasyonun aksine, poliadisyon reaksiyonu herhangi bir yan ürün olmadan ilerler. Bu teknolojinin en önemli işlemi epoksi reçinelerin kürlenmesi ve poliüretanların üretilmesidir.

Polimerlerin sınıflandırılması

Tüm polimerik malzemelerin bileşimi inorganik, organik ve organoelementlere ayrılır. Bunlardan ilki (silikat cam, mika, asbest, seramik vb.) atomik karbon içermez. Alüminyum, magnezyum, silikon vb. oksitlere dayanırlar. Organik polimerler en kapsamlı sınıfı oluştururlar, karbon, hidrojen, azot, kükürt, halojen ve oksijen atomları içerirler. Organoelement polimerik malzemeler, ana zincirlerinde listelenenlere ek olarak, organik radikallerle birleşebilen silikon, alüminyum, titanyum ve diğer elementlerin atomlarına sahip bileşiklerdir. Bu tür kombinasyonlar doğada oluşmaz. Bunlar sadece sentetik polimerlerdir. Bu grubun karakteristik temsilcileri, ana zinciri oksijen ve silikon atomlarından oluşan organosilikon bazlı bileşiklerdir.

Gerekli özelliklere sahip polimerler elde etmek için teknoloji genellikle “saf” maddeler değil, bunların organik veya inorganik bileşenlerle kombinasyonlarını kullanır. İyi bir örnek polimer yapı malzemeleridir: metal-plastik, plastik, cam elyafı, polimer beton.

Polimerlerin yapısı

Bu malzemelerin özelliklerinin özelliği, sırayla aşağıdaki türlere ayrılan yapılarından kaynaklanmaktadır: doğrusal-dallı, doğrusal, uzaysalbüyük moleküler gruplar ve çok özel geometrik yapıların yanı sıra merdiven ile. Her birini kısaca ele alalım.

Doğrusal olarak dallanmış bir yapıya sahip polimerik malzemelerin ana molekül zincirine ek olarak yan dalları vardır. Bu polimerler arasında polipropilen ve poliizobütilen bulunur.

Doğrusal yapıya sahip malzemeler uzun zikzak veya spiral zincirlere sahiptir. Makromolekülleri, esas olarak, zincirin bir kimyasal birimi veya bir bağlantının yapısal bir grubundaki bölgelerin tekrarları ile karakterize edilir. Doğrusal bir yapıya sahip polimerler, zincir boyunca ve aralarındaki bağların doğasında önemli bir fark olan çok uzun makromoleküllerin varlığı ile ayırt edilir. Bu, moleküller arası ve kimyasal bağları ifade eder. Bu tür malzemelerin makromolekülleri çok esnektir. Ve bu özellik, niteliksel olarak yeni özelliklere yol açan polimer zincirlerinin temelidir: yüksek elastikiyet ve ayrıca kürlenmiş durumda kırılganlığın olmaması.

Şimdi de uzamsal yapıya sahip polimerik malzemelerin neler olduğunu bulalım. Bu maddeler, makromoleküller birbirleriyle birleştiğinde, enine yönde güçlü kimyasal bağlar oluşturur. Sonuç olarak, ağın tek tip olmayan veya uzamsal temeli olan bir ağ yapısı elde edilir. Bu tip polimerler, lineer olanlardan daha fazla ısı direncine ve sertliğe sahiptir. Bu malzemeler birçok yapısal metalik olmayan maddenin temelidir.

Merdive yapılı polimer malzemelerin molekülleri, kimyasal bir bağla birbirine bağlanan bir çift zincirden oluşur. Bunlar şunları içerir:artan sertlik, ısı direnci ile karakterize edilen organosilikon polimerler, ayrıca organik çözücülerle etkileşime girmezler.

Polimerlerin faz bileşimi

Bu malzemeler amorf ve kristal bölgelerden oluşan sistemlerdir. Bunlardan ilki sertliği az altmaya yardımcı olur, polimeri elastik yapar, yani büyük geri dönüşümlü deformasyonlar yapabilir. Kristal faz, maddenin moleküler esnekliğini az altırken, bunların mukavemetini, sertliğini, elastik modülünü ve diğer parametrelerini artırmaya yardımcı olur. Tüm bu alanların hacminin toplam hacme oranı, maksimum seviyenin (% 80'e kadar) polipropilenlere, floroplastlara, yüksek yoğunluklu polietilenlere sahip olduğu kristalleşme derecesi olarak adlandırılır. Polivinil klorürler, düşük yoğunluklu polietilenler daha düşük kristalleşme derecesine sahiptir.

Polimer malzemelerin ısıtıldığında nasıl davrandığına bağlı olarak, genellikle termoset ve termoplastik olarak ikiye ayrılırlar.

Termoset polimerler

Bu malzemeler öncelikle doğrusal bir yapıya sahiptir. Isıtıldıklarında yumuşarlar, ancak içlerinde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar sonucunda yapı uzaysal bir yapıya dönüşür ve madde katı hale gelir. Gelecekte, bu kalite korunur. Polimer kompozit malzemeler bu prensip üzerine inşa edilmiştir. Sonraki ısıtmaları maddeyi yumuşatmaz, sadece ayrışmasına yol açar. Bitmiş termoset karışımı çözünmez veya erimez, bu nedenlegeri dönüştürülmesine izin verilmez. Bu malzeme türü epoksi silikon, fenol-formaldehit ve diğer reçineleri içerir.

Termoplastik polimerler

Bu malzemeler ısıtıldığında önce yumuşar, sonra erir ve soğutulduğunda sertleşir. Termoplastik polimerler bu işlem sırasında kimyasal değişime uğramazlar. Bu, süreci tamamen tersine çevrilebilir hale getirir. Bu tip maddeler, aralarında küçük kuvvetlerin hareket ettiği ve kesinlikle hiçbir kimyasal bağın olmadığı, doğrusal dallı veya doğrusal bir makromolekül yapısına sahiptir. Bunlara polietilenler, poliamidler, polistirenler vb. dahildir. Termoplastik tipi polimerik malzemelerin teknolojisi, su soğutmalı kalıplarda enjeksiyon kalıplama, presleme, ekstrüzyon, üfleme ve diğer yöntemlerle üretilmesini sağlar.

Kimyasal özellikler

Polimerler şu durumlarda olabilir: katı, sıvı, amorf, kristal fazın yanı sıra oldukça elastik, viskoz ve camsı deformasyon. Polimerik malzemelerin yaygın kullanımı, konsantre asitler ve alkaliler gibi çeşitli agresif ortamlara karşı yüksek dirençlerinden kaynaklanmaktadır. Elektrokimyasal korozyona maruz kalmazlar. Ek olarak, moleküler ağırlıklarındaki bir artışla, malzemenin organik çözücülerdeki çözünürlüğü azalır. Üç boyutlu bir yapıya sahip olan polimerler ise genellikle bahsedilen sıvılardan etkilenmezler.

Fiziksel özellikler

Polimerlerin çoğu yalıtkandır, ayrıca manyetik olmayan malzemelerdir. Kullanılan tüm yapısal malzemelerden yalnızca en düşük termal iletkenliğe ve en yüksek ısı kapasitesine ve ayrıca termal büzülmeye (metalden yaklaşık yirmi kat daha fazla) sahiptirler. Düşük sıcaklık koşulları altında çeşitli sızdırmazlık düzeneklerinin sızdırmazlığının kaybolmasının nedeni, kauçuğun cam geçişi olarak adlandırılan şeyin yanı sıra, camlaştırılmış halde metallerin ve kauçukların genleşme katsayıları arasındaki keskin farktır.

Mekanik özellikler

Polimerik malzemeler, yapılarına büyük ölçüde bağlı olan çok çeşitli mekanik özelliklere sahiptir. Bu parametreye ek olarak, çeşitli dış faktörlerin bir maddenin mekanik özellikleri üzerinde büyük etkisi olabilir. Bunlar şunları içerir: sıcaklık, frekans, yükleme süresi veya hızı, stres durumunun türü, basınç, ortamın doğası, ısıl işlem, vb. Polimerik malzemelerin mekanik özelliklerinin bir özelliği, çok düşük sertlikte nispeten yüksek mukavemetleridir (karşılaştırıldığında metallere).

Polimerler genellikle elastik modülü E=1–10 GPa'ya (lifler, filmler, plastikler) karşılık gelen katı maddelere ve elastik modülü E=1– olan yumuşak yüksek elastik maddelere ayrılır. 10 MPa (kauçuk). Her ikisinin de yıkım kalıpları ve mekanizmaları farklıdır.

Polimerik malzemeler, belirgin bir anizotropi özelliklerin yanı sıra mukavemette azalma, uzun süreli yükleme altında sürünme gelişimi ile karakterize edilir. Bununla birlikte onlarnispeten yüksek yorulma direncine sahiptir. Metallerle karşılaştırıldığında, mekanik özelliklerin sıcaklığa daha keskin bir bağımlılığında farklılık gösterirler. Polimerik malzemelerin temel özelliklerinden biri deformabilitedir (esneklik). Bu parametreye göre, geniş bir sıcaklık aralığında, ana operasyonel ve teknolojik özelliklerini değerlendirmek gelenekseldir.

Polimer döşeme malzemeleri

Şimdi polimerlerin pratik uygulamasına yönelik seçeneklerden birini ele alarak bu malzemelerin tüm çeşitlerini ortaya çıkaralım. Bu maddeler, inşaat ve onarım ve bitirme işlerinde, özellikle zemin kaplamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Büyük popülaritesi, söz konusu maddelerin özellikleri ile açıklanmaktadır: aşınmaya karşı dirençlidirler, düşük ısı iletkenliğine sahiptirler, az su emerler, oldukça güçlü ve serttirler ve yüksek boya ve vernik özelliklerine sahiptirler. Polimerik malzemelerin üretimi şartlı olarak üç gruba ayrılabilir: muşamba (rulo), karo ürünleri ve dikişsiz zeminlerin montajı için karışımlar. Şimdi her birine hızlıca bir göz atalım.

Linolyumlar, farklı dolgu maddeleri ve polimerler temelinde yapılır. Ayrıca plastikleştiriciler, işleme yardımcıları ve pigmentler içerebilirler. Polimer malzemenin türüne bağlı olarak polyester (gliftalik), polivinil klorür, kauçuk, koloksilin ve diğer kaplamalar ayırt edilir. Ayrıca yapılarına göre tabansız ve ses ve ısı yalıtımlı tabanlı, tek katlı ve çok katlı, pürüzsüz, yumuşacık olmak üzere ikiye ayrılırlar.ve oluklu yüzeyin yanı sıra tek ve çok renkli.

Polimer bileşenler bazında yapılan karo malzemeler çok düşük aşınma, kimyasal direnç ve dayanıklılığa sahiptir. Hammaddenin türüne bağlı olarak bu tip polimer ürünler, kumaron-polivinil klorür, kumaron, polivinil klorür, kauçuk, fenolit, bitümlü karoların yanı sıra sunta ve sunta olarak ayrılır.

Eksiksiz zeminler için malzemeler kullanımı en uygun ve hijyeniktir, yüksek mukavemete sahiptirler. Bu karışımlar genellikle polimer çimento, polimer beton ve polivinil asetat olarak ikiye ayrılır.