Что нужно знать о полимерах

Сегодня полимеры широко распространены среди нас, хотя существует большое разнообразие различных типов и различных классификаций. В предыдущем посте мы объяснили эти различные типы пластмасс как товарные пластмассы и специализированные типы. Мы также увидели применение и несколько преимуществ пластика. Я хочу, чтобы вы проверили это!

Прочитайте все, что вам нужно знать о пластике

Что ж, сегодня мы подробно рассмотрим определение, физическое состояние, свойства и добавки полимеров. Мы также будем различать термопласты и термореактивные материалы.

Что такое полимеры?

Полимеры — это химические соединения, молекулы которых чрезвычайно велики и выглядят как длинная цепь, состоящая из, казалось бы, бесконечного ряда взаимосвязанных звеньев. Размеры этих молекул объясняются необыкновенными, исчисляемыми тысячами и даже миллионами атомных единиц массы. Размер молекулы, физическое состояние и структура – это уникальные свойства пластика, благодаря которым он может формоваться и формироваться.

Термопласт и термореактивный

Как упоминалось ранее, полимеры, которые классифицируются как пластмассы, делятся на две основные категории:термопласты и реактопласты.

Термопласты, такие как полиэтилен и полистирол, представляют собой пластмассы, которые можно многократно формовать и переформовывать. Кроме того, чашку из пенополистирола можно нагреть и придать ей новую форму — например, блюдо или тарелку.

Структура термопластичного полимера состоит из отдельных молекул, которые отделены друг от друга и обтекают друг друга. эти молекулы могут иметь чрезвычайно высокую или низкую молекулярную массу. Они могут быть разветвленными или линейными по структуре, но все же обладают свойством отделимости и, как следствие, подвижности. Полимеры этих типов известны как товарные пластмассы.

С другой стороны, термореактивные полимеры представляют собой полимеры, которые не могут быть переработаны путем повторного нагревания. Это связано с тем, что во время начальной обработки термореактивные смолы подвергаются химической реакции, которая делает их неплавкими и нерастворимыми. Когда полимер производится таким способом, доработка или нагрев могут привести к поломке приложения.

Физическое состояние и молекулярная морфология полимеров

На пластическое поведение полимеров также может влиять их морфология или расположение молекул в больших масштабах. Таким образом, морфология полимеров может быть либо аморфной, либо кристаллической. Аморфные молекулы расположены хаотично и переплетены. Тогда как кристаллические молекулы расположены в тесном и неразличимом порядке.

Известно, что термореактивные материалы являются аморфными, тогда как термопласты являются либо аморфными, либо полукристаллическими. Полукристаллические материалы содержат кристаллические области, известные как кристаллиты, в аморфной матрице.

Известно, что термопластические материалы сохраняют свою формованную форму до определенной температуры. Это определяется температурой стеклования или температурой плавления конкретного полимера. Ниже температуры известна как температура стеклования (T_g ). молекулы полимерного материала застыли, что еще называют стеклообразным состоянием; где мало или совсем нет движения молекул, проходящих друг через друга. Это делает материал более жестким и даже ломким.

Выше температуры стеклования T_g аморфные части полимера переходят в каучукоподобное состояние. То есть молекулы проявляют повышенную подвижность и материал становится пластичным и даже эластичным, то есть способностью растягиваться.

В случае некристаллических полимеров, таких как полистирол, повышение температуры приведет непосредственно к жидкому состоянию. С другой стороны, для частично кристаллических полимеров, таких как полиэтилен низкой плотности или полиэтилентерефталат, жидкое состояние не будет достигнуто до температуры плавления (T_m ) передается.

Кроме того, кристаллические области перестают быть стабильными, а каучукообразные или жидкие полимеры можно формовать или экструдировать. Поскольку термореактивные материалы не плавятся при предварительном нагреве, они могут оставаться стабильными вплоть до температуры, при которой начинается химическое разложение.

Свойства полимеров

Физическое состояние и морфология полимера играют важную роль в его механических свойствах. Различия в их механическом поведении заключаются в удлинении, которое происходит, когда пластик подвергается нагрузке (напряжению) при растяжении.

Например, стеклообразный полимер, такой как полистирол, довольно жесткий, демонстрируя высокое отношение начального напряжения к начальному удлинению. Принимая во внимание, что полиэтилен и полипропилен, которые представляют собой два высококристаллических пластика, могут использоваться в качестве пленок и формованных изделий. Это связано с тем, что их аморфные области значительно выше температуры стеклования при комнатной температуре.

Кожистая прочность этих полимеров выше T_g стеклования. возникает из-за кристаллических областей, которые существуют в аморфной резиноподобной матрице. Эти пластмассы имеют возможность удлинения от 100 до 1000 процентов.

Поскольку стеклование T_g ПЭТ (другой полукристаллический пластик) выше комнатной температуры, кристаллические части существуют в стеклообразной матрице. Из-за этого материал приобретает жесткость и высокую стабильность размеров под нагрузкой, что очень полезно при изготовлении бутылок для напитков и магнитофонной ленты.

Известно, что почти все пластмассы демонстрируют определенное удлинение при нагружении, которое не восстанавливается при устранении напряжения. Это состояние известно как "ползучесть", которое может быть очень незначительным для пластика, температура которого значительно ниже его T_g . это может иметь значение для частично кристаллического пластика при температуре выше T_g .

Посмотрите видео о свойствах полимеров:

Наиболее часто указываемые механические свойства полимеров включают в себя разрушающее напряжение, жесткость, предел прочности при растяжении и количественно определяются в таблице свойств и применений как модуль упругости при изгибе. Прочность — еще одно важное свойство полимера, которое представляет собой энергию, поглощенную полимером до разрушения. Часто это результат внезапного удара. Реализуемое напряжение многократно ниже предела прочности на растяжение pla_t ic может привести к усталостному разрушению.

Почти все пластмассы плохо проводят тепло; проводимость может быть дополнительно снижена, если в материал нагнетается газ (обычно воздух). Например, вспененный полистирол, используемый в стаканчиках для горячих напитков, имеет теплопроводность примерно в четыре раза меньше, чем у невспененного полимера. Пластмассы также являются электрическими изоляторами, только если они рассчитаны на проводимость; кроме проводимости для пластмасс важна диэлектрическая прочность (стойкость к пробою при высоких напряжениях). Это также важно как диэлектрические потери (мера энергии, рассеиваемой в виде тепла при подаче переменного тока).

Добавки к полимерам

Добавка также может быть известна как ингредиент, объединенный с полимером для получения набора свойств, соответствующих продукту. Однако во многих пластмассовых изделиях полимер является лишь одним из компонентов. Комбинация других добавок смешивается во время обработки и изготовления.

Ниже поясняются добавки, используемые в полимере для получения соответствующего продукта.

Пластификаторы:

Пластификатор используется для изменения стеклования T_g полимера. Например, поливинилхлорид (ПВХ) часто смешивают с нелетучими жидкостями, чтобы изменить стеклование. Для винилового сайдинга, используемого в домах, требуется непластифицированный жесткий ПВХ с T_g от 85 до 90 ⁰ С (от 185 до 195 ⁰ Ф). однако садовый шланг из ПВХ должен оставаться гибким даже при 0 ⁰ С (32 ^о Ф).

Есть много других полимеров, которые можно пластифицировать, но ПВХ уникален тем, что принимает и удерживает пластификаторы с самыми разными молекулярными размерами и химическим составом. Пластификатор также может повлиять на воспламеняемость полимера, его запах, биоразлагаемость и даже на стоимость готового продукта.

Красители:

Поскольку окончательный вид пластиковых изделий должен быть привлекательным, необходимо включение красителя во время обработки и изготовления. Популярными пигментами для окрашивания пластмасс являются диоксид титана и оксид цинка (белый), углерод (черный) и другие различные неорганические оксиды, такие как железо и хром. Некоторые другие органические соединения можно использовать для придания цвета либо в качестве пигментов (нерастворимых), либо в качестве красителей (растворимых).

Подкрепления:

Как следует из названия, армирующие материалы используются для улучшения механических свойств пластмасс. Различные материалы, такие как диоксид кремния, сажа, тальк, слюда и карбонат кальция, а также короткие волокна могут быть включены в качестве наполнителей в виде частиц. Использование длинных или даже непрерывных волокон в качестве армирования, особенно с термореактивными материалами, может быть описано ниже в разделе «Армирование волокном».

Введение большого количества наполнителя в виде частиц при производстве пластиков, таких как полипропилен и полиэтилен, может повысить их жесткость. Эффект может быть менее драматичным, когда температура ниже T_g полимера. .

Стабилизаторы:

Стабилизаторы помогают увеличить долговечность и срок службы в любом приложении. Свойства пластика как можно меньше со временем. добавляются стабилизаторы, обычно в небольших количествах, чтобы противостоять эффектам старения. Поскольку все полимеры на основе углерода подвержены окислению, в качестве стабилизаторов обычно используются антиоксиданты. Затрудненные фенолы и третичные амины используются в пластмассах в концентрациях всего несколько частей на миллион.

Заключение

Полимеры — это распространенная форма описания пластмасс, они доступны в различных формах и могут быть обработаны для получения различных свойств. В этой статье мы увидели определение, физическую и молекулярную морфологию и добавки полимеров. Мы также увидели разницу между термопластами и реактопластами.

Надеюсь, вам понравится чтение, если да, пожалуйста, прокомментируйте ваш любимый раздел этого поста и, пожалуйста, не забудьте поделиться им с другими студентами технических специальностей. Спасибо!