Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2016

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2016

Решая данную проблематику, разбираем следующие задачи: даем понятие о полимерах, и роли изделий из полимерных материалов в нашей жизни, обозначаем плюсы и минусы полимеров, обосновываем необходимость использования полимерных материалов и определяем степень влияние на экологию.

Что такое полимеры? Этот вопрос был задан нескольким своим знакомым и был удивлен. В основном, люди не знали, что сказать, но была пара неуверенных ответов вроде “пластик”, “пластмасса” и, по сути своей, они верны. На самом деле в наше время полимеры окружают нас повсюду. Например, бумагу, на которой, возможно, вы пишите каждый день, производят из биополимера – целлюлозы. Кока-Колу, которую так любят пить в наши дни, приобретают в различных бутылках – они же синтетические полимеры. Различная тара, упаковка, пакеты, клеи, лаки — вот что должно приходить в голову обывателю, когда они слышат это необычное слово, и я говорю сейчас именно о синтетических полимерах(искусственных), потому что ткани всех живых организмов тоже полимеры. Если же говорить научным языком, то “полимерные материалы” или “пластические массы” – это высокомолекулярные соединения, состоящие из “мономерных звеньев”, соединенных между собой химическими или координационными связями. Мы каждый день сталкиваемся с ними в нашей повседневной жизни, благодаря их ценным свойствам. Полимерные материалы в жизнедеятельности человека имеют огромное значение. В последнее время всё больше продукции изготавливается из различных полимерных материавов. Поэтому вопрос об их использовании и дальнейшей утилизации особо актуален.

Этот термин происходит от греческого polymeres — состоящий из многих частей. Первые упоминания о синтетических полимерах были более 200 лет назад. Ряд полимеров, возможно, был получен еще в первой половине 19 века. Но в те времена химики не знали, что продукты, которые они получают, являются полимерами. Главной причиной бурного развития химии полимеров стала потребность в новых недорогих материалах и развитие технического процесса.

Молекула полимера (макромолекула) образуется путем последовательного присоединения низкомолекулярного вещества (мономера) к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи. Если говорить проще, представьте большой поезд – это макромолекула из последовательно соединенных вагонов – структурных звеньев. Образующиеся полимерные молекулы состоят из множества одинаковых звеньев и имеют большую массу, поэтому их называют высокомолекулярными. Полимеры могут состоять из одинаковых и разных вагончиков и это дает им разные свойства. На основе полимеров часто изготавливают более сложные полимерные материалы. Они также весьма широко используются, наряду с металлами, керамикой и деревом.

По своему строению полимеры делятся на линейные, разветвленные и пространственные. Если звенья в макромолекуле располагаются в виде открытой цепи или вытянутой в линию последовательности, то это линейные. Если они имеют разветвления в двух направлениях – это разветвленные полимеры, если в трех -пространственные. В зависимости от строения полимеров они обладают различными физическими свойствами. Линейные полимеры обладают способностью образовывать высокопрочные волокна и плёнки, способные к большим, длительным деформациям, они, как правило, гибкие, мягкие и тягучие. Все разветвленные полимеры, наоборот, прочные и твердые.

Природные и искусственные полимеры

Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов и растений. С помощью специальных методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья. Синтетические полимеры получают в результате химических реакций. В основном, синтетические полимеры получают из продуктов переработки нефти и газа. На специальных заводах сначала получают составляющие, которые далее в реакции соединяются в длинные цепи. Полимеры бывают в нескольких агрегатных состояниях: твердом, мягком и текучем, как жидкость.

Применение полимеров и изделия из полимеров

Современное применение полимеров в виде веществ с особыми свойствами очень велико. К таким свойствам можно отнести лакокрасочные покрытия, получение специальных пленок, лекарственных препаратов и абсорбентов. Как уже было сказано, полимеры могут быть и в жидком состоянии. Для этого необходимо нагреть всю массу до определенной температуры, самая распространенная температура – до 200 градусов. Расплавленную массу заливают в специальную форму и охлаждают, в результате получается изделие. Полимеры широко применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. В качестве примера можно оглянуться вокруг: ручки, которыми вы пишите, краски, которыми рисуете, игрушки, которыми играете, пластиковая посуда – все это лишь маленькая часть того, где они могут использоваться. Однако, выпуск значительных объемов полимерных изделий способствует растущему количеству твердых отходов, поскольку полимеры используются, как правило, всего один раз и далее выбрасываются.

Основные достоинства и недостатки полимеров и изделий из них

Этот материал обладает действительно уникальным сочетанием свойств – повышенной прочностью, упругостью, долговечностью и надёжностью в сочетании с лёгкостью самого материала и его монтажа, причём, используя разнообразные комбинации, эти свойства можно менять. В принципе, бесконечно синтезируя полимеры, можно было добиться абсолютно уникального сочетания его свойств – прочности и жаростойкости, пластичности и высоких эстетических качеств, мягкости и упругости. Физические свойства полимеров позволили активно применять их как функциональные добавки. Они обладают универсальной химической стойкостью и не подвержены коррозии. Несмотря на свою легкость (их плотность в 5-8 раз ниже плотности стали), они достаточно прочные и эластичные. Полимеры легко перерабатываются в изделия, т.е. принимают заданную форму и хорошо окрашиваются. Теплопроводность полимеров значительно ниже, чем у металлов, что, в частности, снижает теплопотери при транспортировке горячих жидкостей. Также, полимерные материалы экономически выгодны в производстве.

Однако полимеры не лишены и существенных недостатков. При нагревании прочность полимеров снижается. Как и все органические вещества, они горят, а под действием ультрафиолетовых лучей стареют (делаются хрупкими и разрушаются). Но самое главное — это низкая экологичность полимеров. И дело тут даже не в том, что испокон века деревянные или каменные дома традиционно считались наиболее комфортными и надёжными. Как выяснилось, выделения, которые искусственно синтезированный полимер выбрасывает в окружающую среду, отнюдь не полезны, а зачастую попросту вредны для жизнедеятельности человека. Озабоченные ростом заболеваний и увеличением частоты проявлений самых разных патологий, медики и ученые взялись за серьезные исследования. Их целью было выяснить влияние полимеров, используемых в качестве строительным материалов или композитов, на организм человека. Многие полимеры были «уличены» во вредном влиянии на организм человека, вызывая как обратимые, так и необратимые изменения в его физиологии.[1]

Читайте так же:
Слюда для паяльника чем заменить

Проблема переработки отслуживших свой срок изделий из полимеров является глобальной, и не может быть признана существующей для отдельных стран или территорий. Главным недостатком всех полимерных изделий является их утилизация после применения. Вы видите много мусора, который валяется в очень многих местах. Именно этот вопрос стоит перед техническим прогрессом. Люди научились получать материалы, но пока не научились его массово перерабатывать и использовать их так, чтобы не загрязнять окружающий мир. Утилизация полимеров сегодня является не только проблемой, но и весьма перспективным направлением бизнеса, поскольку из казалось бы бросового сырья – бытового мусора, можно получить множество полезных веществ. К тому же данная технология переработки мусора (ТБО) является куда более безопасным методом утилизации полимерных отходов, чем традиционное сжигание, которое наносит ощутимый вред экологии. Для превращения полимерных отходов в сырье, пригодное для дальнейшей переработки в изделия, необходимо его предварительно обработать. Выбор способа предварительной обработки в первую очередь зависит от степени загрязненности отходов и источника их образования. Так, однородные отходы производства обычно перерабатывают прямо на месте их образования, поскольку в данном случае требуется незначительная предварительная обработка – всего лишь измельчение и грануляция. Однако отходы в виде изделий, вышедших из употребления, требуют куда более основательной подготовки. Итак, предварительная обработка полимерных отходов обычно включает в себя следующие этапы:

-Грубая сортировка и идентификация для отходов смешанного типа. Сортировка представляет собой разделение полимерных отходов по различным признакам: виду пластмассы, цвету, форме и габаритам;

-Измельчение отходов один из важнейших этапов подготовки отходов к переработке, поскольку степень измельчения определяет сыпучесть, размеры частиц и объемную плотность получаемого продукта. А регулирование степени измельчения позволяет повысить качество материала благодаря усреднению его технологических характеристик. Таким образом упрощается и переработка полимеров;

-Разделение смешанных отходов;

Оборудование для вторичной переработки полимеров

Итак, понятно, что переработка отходов полимеров это дело достаточно непростое, и требует наличия определенного оборудования. Какое же именно оборудование для вторичной переработки полимеров используется сегодня?

-Линии мойки полимерных отходов.

-Экструдеры для рециклинга.

-Линии гранулирования, грануляторы.

-Смесители и дозаторы.

Если у вас имеется все необходимое для переработки полимеров оборудование, то вы можете приступать к делу и на своем опыте убедиться, что сегодня переработка мусора (ТБО) это не только забота об экологии планеты, но и отличное капиталовложение, поскольку рентабельность данного бизнеса весьма высока.[2]

Теперь вы знаете, что такое полимеры и как широко они применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки. Всё потому, что это практично, соотношение цены и качества.

Не смотря на минусы, плюсы полимеров все же очевидны: разнообразие свойств, удобство, эстетичность, экономия. Выгода также очевидна: дешевые материалы и, относительно, малозатратное производство, многократная переработка для повторного использования. Единственным крайне важным фактором является экологичность. Если население будет достаточно грамотно использовать полимерные материалы, то вред для здоровья и загрязнение нашей планеты можно свести к минимуму. Выбрасывая пустую пластиковую бутылку в мусорный бак, вы защищаете окружающий вас мир.

История полимеров, полимеризация, типы, свойства и примеры

полимеры являются молекулярными соединениями, которые характеризуются высокой молекулярной массой (от тысяч до миллионов) и состоят из большого числа звеньев, называемых мономерами, которые повторяются.

Поскольку они характеризуются большими молекулами, эти виды называются макромолекулами, что придает им уникальные качества и сильно отличается от тех, которые наблюдаются у более мелких, только в связи с этим типом веществ, таких как склонность к формы стеклянных конструкций.

Точно так же, поскольку они принадлежат к очень большой группе молекул, возникла необходимость предоставить им классификацию, по этой причине они делятся на два типа: полимеры природного происхождения, такие как белки и нуклеиновые кислоты; и синтетического производства, такого как нейлон или люцит (более известный как оргстекло).

Ученые начали исследования науки, которая существует за полимерами в 1920-х годах, когда они с любопытством и недоумением наблюдали за тем, как некоторые вещества ведут себя как дерево или резина. Затем ученые того времени посвятили себя анализу этих соединений, присутствующих в повседневной жизни..

Достигнув определенного уровня понимания природы этих видов, мы могли бы понять их структуру и продвинуться в создании макромолекул, которые могли бы способствовать разработке и улучшению существующих материалов, а также производству новых материалов..

Также известно, что многочисленные значимые полимеры содержат в своей структуре атомы азота или кислорода, присоединенные к атомам углерода, образующим часть основной цепи молекулы.

В зависимости от основных функциональных групп, которые являются частью мономеров, они будут названы; например, если мономер образован сложным эфиром, образуется сложный полиэфир.

  • 1 История полимеров
    • 1.1 19 век
    • 1.2 20-го века
    • 1.3 век XXI
    • 2.1 Полимеризация реакциями присоединения
    • 2.2 Полимеризация по реакциям конденсации
    • 2.3 Другие формы полимеризации
    • 5.1 Полистирол
    • 5.2 Политетрафторэтилен
    • 5.3 Поливинилхлорид

    История полимеров

    Историю полимеров следует рассматривать, начиная со ссылок на первые полимеры, о которых известно.

    Таким образом, некоторые материалы природного происхождения, которые широко использовались с древних времен (например, целлюлоза или кожа), в основном состоят из полимеров.

    19 век

    Вопреки тому, что можно было бы подумать, состав полимеров был неизвестен до тех пор, пока пару веков назад они не начали определять, как образуются эти вещества, и даже не пытались создать какой-то метод искусственного производства..

    Впервые термин «полимеры» был использован в 1833 году благодаря шведскому химику Йонсу Якобу Берцелиусу, который использовал его для обозначения веществ органической природы, которые имеют одинаковую эмпирическую формулу, но имеют разные молярные массы.

    Этот ученый также отвечал за придумывание других терминов, таких как «изомер» или «катализ»; хотя следует отметить, что в то время концепция этих выражений полностью отличалась от того, что они в настоящее время означают.

    После некоторых экспериментов по получению синтетических полимеров путем превращения природных полимерных частиц, исследование этих соединений становилось все более актуальным.

    Цель этих исследований состояла в том, чтобы добиться оптимизации свойств, уже известных для этих полимеров, и получить новые вещества, которые могли бы выполнять конкретные задачи в различных областях науки..

    20 век

    Наблюдая, что каучук растворим в растворителе органической природы, а затем полученный раствор показал некоторые необычные характеристики, ученые были встревожены и не знали, как их объяснить..

    Из этих наблюдений можно сделать вывод, что подобные вещества демонстрируют поведение, сильно отличающееся от меньших молекул, что они могли заметить при изучении каучука и его свойств..

    Они отметили, что исследуемый раствор имел высокую вязкость, значительное снижение точки замерзания и осмотическое давление небольшой величины; из этого можно сделать вывод, что было несколько растворов с очень высокой молярной массой, но ученые отказывались верить в эту возможность.

    Эти явления, которые также проявлялись в некоторых веществах, таких как желатин или хлопок, привели ученых того времени к мысли, что этот тип веществ состоит из агрегатов небольших молекулярных единиц, таких как C5H8 или C10H16, связаны межмолекулярными силами.

    Хотя эта ошибочная мысль сохранялась в течение нескольких лет, определение, которое сохраняется до настоящего времени, было дано ей немецким химиком и лауреатом Нобелевской премии по химии Германом Штаудингером..

    21 век

    Нынешнее определение этих структур как макромолекулярных веществ, связанных ковалентными связями, было придумано в 1920 году Штаудингером, который настаивал на разработке и проведении экспериментов до тех пор, пока не обнаружит доказательства этой теории в течение следующих десяти лет..

    Началось развитие так называемой «химии полимеров», и с тех пор она привлекла внимание исследователей всего мира, считая среди страниц своей истории очень важных ученых, среди которых выделяются Джулио Натта, Карл Циглер, Чарльз Гудиер, помимо прочего, в дополнение к ранее названным.

    В настоящее время полимерные макромолекулы изучаются в различных научных областях, таких как наука о полимерах или биофизика, где исследуются полученные вещества, связывающие мономеры через ковалентные связи, с различными методами и целями..

    Конечно, от природных полимеров, таких как полиизопрен, до синтетических полимеров, таких как полистирол, они используются очень часто, не отвлекаясь от других видов, таких как силиконы, состоящие из мономеров на основе кремния..

    Кроме того, многие из этих соединений природного и синтетического происхождения состоят из двух или более разных классов мономеров, этим полимерным видам присвоено название сополимеров..

    полимеризация

    Чтобы углубиться в проблему полимеров, мы должны начать с разговора о происхождении слова полимер, которое происходит от греческих терминов. POLYS, что означает «много»; и окуни, что относится к «частям» чего-то.

    Этот термин используется для обозначения молекулярных соединений, которые имеют структуру, состоящую из множества повторяющихся звеньев, это обусловливает свойство высокой относительной молекулярной массы и другие внутренние характеристики этих.

    Таким образом, единицы, которые составляют полимеры, основаны на молекулярных разновидностях, которые имеют относительную молекулярную массу небольшой величины.

    В этом порядке идей термин полимеризация применяется только к синтетическим полимерам, более конкретно к процессам, используемым для получения макромолекул этого типа..

    Следовательно, полимеризацию можно определить как химическую реакцию, используемую в комбинации мономеров (по одному за раз) для получения из них соответствующих полимеров..

    Таким образом, синтез полимеров осуществляется посредством двух основных реакций: реакции присоединения и реакции конденсации, которые будут подробно описаны ниже..

    Полимеризация реакциями присоединения

    В этом типе полимеризации участвуют ненасыщенные молекулы, которые имеют двойную или тройную связь в своей структуре, особенно углерод-углерод..

    В этих реакциях мономеры подвергаются комбинациям друг с другом без удаления какого-либо из их атомов, где полимерные частицы, синтезированные путем разрыва или открытия кольца, могут быть получены без образования небольших молекул.

    С кинетической точки зрения эту полимеризацию можно рассматривать как трехстадийную реакцию: инициирование, распространение и прекращение.

    Сначала происходит начало реакции, при которой нагревание применяется к молекуле, рассматриваемой как инициатор (обозначается как R2) создать два радикальных вида следующим образом:

    Если в качестве примера используется производство полиэтилена, то следующим этапом является размножение, при котором образующийся реакционноспособный радикал приближается к молекуле этилена и образуется новый вид радикалов следующим образом:

    Этот новый радикал впоследствии объединяется с другой молекулой этилена, и этот процесс продолжается последовательно до тех пор, пока комбинация двух длинноцепочечных радикалов не приведет к окончательному образованию полиэтилена в реакции, известной как терминация..

    Полимеризация по реакциям конденсации

    В случае полимеризации с помощью реакций конденсации обычно происходит сочетание двух разных мономеров в дополнение к последующему удалению небольшой молекулы, которой обычно является вода..

    Точно так же полимеры, полученные этими реакциями, часто имеют гетероатомы, такие как кислород или азот, образуя часть их основной структуры. Также бывает, что повторяющаяся единица, представляющая основание своей цепи, не обладает совокупностью атомов, находящихся в мономере, до которого она может быть разложена.

    С другой стороны, существуют методы, которые были разработаны совсем недавно, среди которых выделяется плазменная полимеризация, характеристики которых не полностью согласуются с любым из типов полимеризации, описанных выше..

    Таким образом, реакции полимеризации синтетического происхождения, как присоединения, так и конденсации, могут происходить в отсутствие или в присутствии каталитических частиц..

    Конденсационная полимеризация широко используется при производстве многих соединений, обычно присутствующих в повседневной жизни, таких как дакрон (более известный как полиэстер) или нейлон.

    Другие формы полимеризации

    В дополнение к этим методам синтеза искусственных полимеров существует также биологический синтез, который определяется как область исследования, которая отвечает за исследование биополимеров, которые делятся на три основные категории: полинуклеотиды, полипептиды и полисахариды.

    В живых организмах синтез может осуществляться естественным путем посредством процессов, которые включают присутствие катализаторов, таких как фермент полимераза, в производстве полимеров, таких как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)..

    В других случаях большинство ферментов, используемых в биохимической полимеризации, представляют собой белки, представляющие собой полимеры, образованные с аминокислотами, которые необходимы в подавляющем большинстве биологических процессов..

    Помимо биополимерных веществ, полученных этими способами, существуют и другие, имеющие большое коммерческое значение, такие как вулканизированный каучук, который получают путем нагревания каучука природного происхождения в присутствии серы..

    Так, среди методов, используемых для синтеза полимеров путем химической модификации полимеров природного происхождения, являются чистовая обработка, сшивание и окисление..

    Типы полимеров

    Типы полимеров могут быть классифицированы в соответствии с различными характеристиками; Например, они классифицируются на термопласты, термореактивные или эластомеры в зависимости от их физической реакции на нагрев.

    Кроме того, в зависимости от типа мономеров, из которых они образованы, они могут быть гомополимерами или сополимерами.

    Таким же образом, в зависимости от вида полимеризации, с помощью которого они производятся, они могут быть аддитивными или конденсационными полимерами..

    Кроме того, природные или синтетические полимеры могут быть получены в зависимости от их происхождения; органический или неорганический в зависимости от его химического состава.

    свойства

    — Его наиболее заметной особенностью является повторяющаяся идентичность его мономеров как основы его структуры..

    — Его электрические свойства варьируются в зависимости от его назначения.

    — Они имеют механические свойства, такие как упругость или предел прочности, которые определяют их макроскопическое поведение.

    — Некоторые полимеры проявляют важные оптические свойства.

    — Микроструктура, которой они обладают, напрямую влияет на их другие свойства.

    — Химические характеристики полимеров определяются привлекательным типом взаимодействия между образующими их цепями..

    — Его транспортные свойства связаны со скоростью межмолекулярного движения..

    — Поведение его агрегатных состояний связано с его морфологией..

    Примеры полимеров

    Среди большого количества существующих полимеров есть следующие:

    полистирол

    Используется в контейнерах разных типов, а также в контейнерах, которые используются в качестве теплоизоляторов (для охлаждения воды или хранения льда) и даже в игрушках..

    политетрафторэтилен

    Более известный как тефлон, он используется в качестве электрического изолятора, также в производстве рулонов и для покрытия кухонной утвари.

    Поливинилхлорид

    Используемый в производстве каналов для стен, плитки, игрушек и труб, этот полимер коммерчески известен как ПВХ.

    Синтетические материалы. Виды и свойства

    Синтетические материалы ⭐ — это материалы на основе полимеров, способные под влиянием повышенных температуры и давления принимать заданную форму и сохранять ее в обычных условиях. Полимеры состоят из больших молекул, каждая из которых представляет собой особое соединение молекул-мономеров. Полимеры в пластмассе связывают все ее компоненты: наполнители, пластификаторы, отвердители, красители, катализаторы (ускорители) и др.

    Пластмассы в мире применяют относительно недавно. Но представить себе современную жизнь без пластмасс уже невозможно, настолько полезными оказались их свойства. Например, свам — стекловолокнистый анизотропный материал — по прочности не уступает стали и в 3 раза легче ее. Изоляционные синтетические материалы — поропласты, пенопласты — настолько хорошо сохраняют тепло, поглощают шум, что позволяют делать стены и перегородки в десятки раз тоньше, чем из кирпича или камня. А органическое стекло — полиметилакрилат — пропускает самую полезную часть спектра солнечного излучения — ультрафиолетовую — гораздо лучше, чем обычное.

    Большинство полимеров получают искусственным путем в результате реакций синтеза — полимеризации или поликонденсации. Схема реакции полимеризации пМ—>Мп (побочные продукты не выделяются), а поликонденсации — пМ —> Мп + R (с выделением низкомолекулярных побочных продуктов — воды, аммиака, спирта, хлорида водорода и др.). Полимерные материалы имеют аморфную и кристаллическую составляющие структуры (больше аморфную). С увеличением доли кристаллической составляющей улучшается износостойкость материала, а с увеличением доли аморфной составляющей — эластичность.

    Синтетические материалы

    По степени обратимости состояний в результате нагрева и охлаждения синтетические материалы делятся на:

    • термореактивные
    • термопластичные

    Термопластичные материалы сохраняют начальные свойства после расплавления и затвердевания, а термореактивные при нагревании необратимо разрушаются.

    Промышленное значение имеют такие виды пластмасс: полиамидная, полистирольная и полиэтиленовая крошка, мелкодисперсные порошки из полиамида, поливинилбутираля и полиэтилена низкого давления, синтетические (конструкционные) клеи, эпоксидные композиции. В авторемонтном производстве наибольшее применение получили пластмассы на основе полиамида, полиэтилена и фторопласта; волокнит, составы на основе эпоксидных смол, синтетические клеи и герметики.

    Поликапроамид — представитель полиамидных смол, который поставляют в виде гранул. Материал является стойким к щелочам, маслам, ацетону, спирту, бензину и др. Он применяется для изготовления подшипников и зубчатых колес и для нанесения износостойких и декоративных покрытий на металлические поверхности. При температуре ниже нуля становится жестким.

    Полиэтилен — относительно твердый термопластичный полимер с температурой плавления 120—130 °С. Он эластичен даже при низкой температуре, применяется для изготовления труб и защитных покрытий, а также как изоляционный и упаковочный материал.

    Фторопласт (температура плавления 327 °С) — продукт полимеризации этилена, в котором все атомы водорода замещены фтором. По химической стойкости превосходит все известные металлы, в том числе золото и платину. Низкий коэффициент трения и высокая износостойкость позволяют длительно эксплуатировать его при температуре до 250 °С. Область применения фторопласта ограничена практически нулевой адгезией к металлам.

    Волокнит представляет собой пресс-материал, состоящий из фенольно-формальдегидной смолы, волокнистого наполнителя (например, хлопковой целлюлозы) и различных добавок. Из него изготовляют крышки и корпусные детали. Стекловолокнит по сравнению с целлюлозным волокнитом имеет более высокие механические и электроизоляционные свойства. Его наполнителем является стекловолокно или стеклолента. Применяют для изготовления деталей автомобилей с повышенной прочностью и теплостойкостью, например, шестерен распределительного вала.

    Широкое применение в ремонте получили полимерные композиции на основе эпоксидных смол, которые содержат в своих молекулах эпоксидные группы СН2—С, обладающие высокой реакционной способностью. Сырьем для производства смол служат газы — продукты нефтепереработки. Наиболее часто применяют смолы марок ЭД-16 и ЭД-20. Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам и хорошо сочетаются с другими синтетическими смолами. При взаимодействии с аминами и кислотами эти смолы твердеют и приобретают значительную теплостойкость и прочность. Эпоксидные смолы до твердения растворяются в ацетоне, толуоле и других растворителях.

    Эпоксидные композиции включают, как правило, четыре вида компонентов: эпоксидную смолу, пластификатор, наполнитель и отвердитель. Пластификаторы обеспечивают снижение хрупкости, повышение ударной вязкости и стойкости к температурным колебаниям. В качестве пластификаторов применяют дибутил-фталат (ДБФ), триэтиленгликоль (ТЭГ-1), синтетический (карбоксилированный) каучук (СНК-10-10) и тиокол. Наполнители снижают стоимость композиции, играют важную роль в сближении коэффициентов термического расширения композиции и покрываемого материала, в повышении механической прочности, модуля упругости и теплостойкости шва, в изменении вязкости и уменьшении усадки. Например, чугунный порошок, закись железа, тальк, кварцевая и слюдяная мука изменяют в необходимых пределах значения коэффициента термического расширения покрытия, а графит и дисульфид молибдена уменьшают скорость его изнашивания. Непосредственно перед употреблением в композицию вводят отвердитель. В качестве отвердителей применяют полиэтиленполиамин (ПЭПА), аминофенол (АФ-2) и фторид бора (BF3). Последний отвердитель переводит композицию в твердое состояние даже при отрицательной температуре. Нехватка отвердителя удлиняет процесс отверждения, а избыток вызывает хрупкость материала.

    Особенности применения

    Применение полимерных материалов в авторемонтном производстве обеспечивает снижение массы деталей, сокращает трудоемкость и затраты на ремонт изделий. При восстановлении деталей используют такие положительные свойства пластмасс:

    • небольшую плотность — пластмассы в среднем в два раза легче алюминия и в 5—8 раз легче черных металлов;
    • повышенную химическую стойкость к действию агрессивных сред (влаги, кислот, щелочей), что в ряде случаев позволяет отказаться от применения коррозионностойких сталей и цветных металлов;
    • высокие антифрикционные и фрикционные свойства (малый или, наоборот, большой коэффициент трения, хорошую износостойкость и высокую способность к приработке), поэтому они применяются в узлах трения и фрикционных муфтах;
    • хорошие диэлектрические свойства — пластмассы являются основными электроизоляционными и конструкционными материалами в электропромышленности;
    • шумопоглощающие и звукоизолирующие свойства;
    • вибростойкость — пластмассы обладают способностью гасить динамические колебания при знакопеременных нагрузках, что способствует повышению долговечности деталей и узлов автомобилей.

    Однако пластмассы по сравнению с металлами быстро стареют, имеют малую теплопроводность и небольшую прочность.

    Полимер

    Полимер — высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов. [1] ), состоит из большого числа повторяющихся одинаковых или различных по строению атомных группировок — составных звеньев, соединенных между собой химическими или координационными связями в длинные линейные (например, целлюлоза) или разветвленные (например, амилопектин) цепи, а также пространственные трёхмерные структуры.

    Часто в его строении можно выделить мономер — повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, называют например поливинилхлорид (—СН2—СНСl—)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами.

    Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат.

    Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы). На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.

    Содержание

    Наука о полимерах

    Наука о полимерах стала развиваться как самостоятельная область знания к началу Второй мировой войны и сформировалась как единое целое в 50-х гг. XX столетия, когда была осознана роль полимеров в развитии технического прогресса и жизнедеятельности биологических объектов. Она тесно связана с физикой, физической, коллоидной и органической химией и может рассматриваться как одна из базовых основ современной молекулярной биологии, объектами изучения которой являются биополимеры.

    Синтетические полимеры. Искусственные полимерные материалы

    Человек давно использует природные полимерные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шелк, хлопок и т.п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трехмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX в., хотя предпосылки для этого создавались ранее.

    Практически сразу же промышленное производство полимеров развивалось в двух направлениях – путем переработки природных органических полимеров в искусственные полимерные материалы и путем получения синтетических полимеров из органических низкомолекулярных соединений.

    В первом случае крупнотоннажное производство базируется на целлюлозе. Первый полимерный материал из физически модифицированной целлюлозы – целлулоид – был получен еще в начале XX в. Крупномасштабное производство простых и сложных эфиров целлюлозы было организовано до и после Второй мировой войны и существует до настоящего времени. На их основе производят пленки, волокна, лакокрасочные материалы и загустители. Необходимо отметить, что развитие кино и фотографии оказалось возможным лишь благодаря появлению прозрачной пленки из нитроцеллюлозы.

    Производство синтетических полимеров началось в 1906 г., когда Л. Бакеланд запатентовал так называемую бакелитовую смолу – продукт конденсации фенола и формальдегида, превращающийся при нагревании в трехмерный полимер. В течение десятилетий он применялся для изготовления корпусов электротехнических приборов, аккумуляторов, телевизоров, розеток и т.п., а в настоящее время чаще используется как связующее и адгезивное вещество.

    Благодаря усилиям Генри Форда, перед Первой мировой войной началось бурное развитие автомобильной промышленности сначала на основе натурального, затем также и синтетического каучука. Производство последнего было освоено накануне Второй мировой войны в Советском Союзе, Англии, Германии и США. В эти же годы было освоено промышленное производство полистирола и поливинилхлорида, являющихся прекрасными электроизолирующими материалами, а также полиметилметакрилата – без органического стекла под названием «плексиглас» было бы невозможно массовое самолетостроение в годы войны.

    После войны возобновилось производство полиамидного волокна и тканей (капрон, нейлон), начатое еще до войны. В 50-х гг. XX в. было разработано полиэфирное волокно и освоено производство тканей на его основе под названием лавсан или полиэтилентерефталат. Полипропилен и нитрон – искусственная шерсть из полиакрилонитрила замыкают список синтетических волокон, которые использует современный человек для одежды и производственной деятельности. В первом случае эти волокна очень часто сочетаются с натуральными волокнами из целлюлозы или из белка (хлопок, шерсть, шелк). Эпохальным событием в мире полимеров явилось открытие в середине 50-х годов XX столетия и быстрое промышленное освоение катализаторов Циглера–Натта, что привело к появлению полимерных материалов на основе полиолефинов и, прежде всего, полипропилена и полиэтилена низкого давления (до этого было освоено производство полиэтилена при давлении порядка 1000 атм.), а также стереорегулярных полимеров, способных к кристаллизации. Затем были внедрены в массовое производство полиуретаны – наиболее распространенные герметики, адгезивные и пористые мягкие материалы (поролон), а также полисилоксаны – элементорганические полимеры, обладающие более высокими по сравнению с органическими полимерами термостойкостью и эластичностью.

    Список замыкают так называемые уникальные полимеры, синтезированные в 60-70 гг. XX в. К ним относятся ароматические полиамиды, полиимиды, полиэфиры, полиэфир-кетоны и др.; непременным атрибутом этих полимеров является наличие у них ароматических циклов и (или) ароматических конденсированных структур. Для них характерно сочетание выдающихся значений прочности и термостойкости.

    Классификация полимеров

    По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.

    • Органические полимеры. Образованы с участием органических радикалов (CH3, C6H5, CH2). Это смолы и каучуки.
    • Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель – кремнийорганические соединения.
    • Неорганические полимеры. Их основу составляют оксиды Si, Al, Mg, Ca и др. Углеводородный скелет отсутствует. К ним относятся керамика, слюда, асбест.

    Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания отдельных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).

    По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвленные, ленточные, пространственные, плоские.

    По фазовому составу полимеры подразделяются на аморфные и кристаллические.

    Аморфные полимеры однофазны и построены из цепных молекул, собранных в пачки. Пачки могут перемещаться относительно других элементов.

    Кристаллические полимеры образуются тогда, когда их макромолекулы достаточно гибкие и образуют структуру.

    По полярности полимеры подразделяют на полярные и неполярные. Полярность определяется наличием в их составе диполей – молекул с разобщенным распределением положительных и отрицательных зарядов. В неполярных полимерах дипольные моменты связей атомов взаимно компенсируются.

    По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные.

    Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим.

    Термореактивные полимеры на первой стадии образования имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, а затем, по причине протекания химических реакций, затвердевают (образуя пространственную структуру) и в дальнейшем остаются твердыми.

    Природные органические полимеры

    Природные органические полимеры образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле. Считается, что решающим этапом в возникновении жизни на Земле явилось образование из простых органических молекул более сложных – высокомолекулярных.

    Особенности полимеров

    Особые механические свойства:

    • эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
    • малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
    • способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

    Особенности растворов полимеров:

    • высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;
    • растворение полимера происходит через стадию набухания.

    Особые химические свойства:

    • способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

    Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством — гибкостью.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector