Полимерные материалы состав строение свойства связующие вещества

Основы технологии полимеров

Полимеры могут быть получены в результате реакции полимеризации и поликонденсации.

Полимеризация – последовательное добавление звеньев в полимерную цепь за счет разрыва кратных связей мономера. Промежуточные продукты не образуются.

Схема процесса: nМ→(М)n
По характеру активных центров:
По стабильности промежуточных частиц:

Ступенчатая (частицы стабильны, долгоживущие)
Цепная (частицы не устойчивы)

Промышленные способы полимеризации:

в среде мономера (газофазная, в массе)
в растворе
в эмульсии или латексная
в суспензии или бисерная, гранульная или жемчужная

Поликонденсация – реакция образования высокомолекулярных веществ в результате конденсации многих молекул, сопровождающаяся выделением простых веществ.

Схема процесса Мх+Му→М(х+ у)
Несамопроизвольный процесс, требует затрат энергии.
Масса образующегося полимера меньше массы исходных веществ.

Промышленные способы поликонденсации:

В расплаве
В растворе
В эмульсии
В твердой фазе
Межфазная

Характеристики полимеров

Полимеры по структуре макромолекул:

Линейные – мономеры, соединенные ковалентными связями в длинную цепь.
Разветвленные – в основной цепи имеются боковые ответвления (короче основной цепи) за счет свободных валентностей.
Пространственные – цепи связаны силами основных валентностей с помощью поперечных мостиков из атомов или групп атомов.

Полимеры по отношению к нагреванию:

Термопластичные – свойства обратимо изменяются при нагревании (линейные).
Термореактивные – не переходят в пластическое состояние при нагревании, на окончательной стадии формирования снижается способность к растворению и набуханию (пространственные).

Степень полимеризации – число мономерных звеньев в молекуле полимера.
Свойства полимеров
Свойства полимеров определяются химическим строением, ориентацией макромолекул, размерами макромолекул, частоты сетки в полимере и других факторов.
Прочность
Прочность зависит от следующих факторов:

Степень ориентации макромолекул – чем выше степень ориентации макромолекул, тем выше прочность. В направлении ориентации макромолекул разрывное напряжение больше (прочность выше), так как распрямленные цепи менее гибкие.
Кристаллизация – прочность увеличивается, если в процессе ориентации аморфный полимер кристаллизуется.
Упаковка – чем плотнее упаковка, тем выше прочность.
Межцепное взаимодействие – чем сильнее взаимодействие, тем выше прочность.

Пластичность
Для увеличения пластичности полимеров применяют пластификаторы, которые уменьшают вязкость, увеличивают гибкость молекул.
Пластичность тем выше, чем:

ниже степень полимеризации
выше температура
чем больше введено в полимер пластификатора

Растворимость и набухаемость
Набухание – сорбция низкомолекулярного вещества полимером, сопровождающаяся увеличением его массы, объема, изменением структуры.
Растворение и набухание определяются следующими факторами:

Химическая природа полимера и растворителя
Гибкость полимерной цепи (чем выше гибкость, тем выше растворимость)
Молекулярная масса полимера (с увеличением массы, уменьшается растворимость)
Плотность упаковки (чем плотнее упаковка, тем хуже растворимость)
Температура (с повышением температуры растворимость может улучшаться или ухудшаться)
Фазовое состояние полимера (для разрушения кристаллической решетки требуется большая энергия)
Неоднородность химического состава полимера
Частота пространственной сетки (чем выше, тем хуже растворимость)

Характеристика мономеров

Мономеры реакций полимеризации – содержат кратные связи или раскрывающиеся циклические группировки (лактамы, имины).
Мономеры реакций поликонденсации – содержат стабильные валентнонасыщенные функциональные группы.
Функциональность мономеров

Определяется числом одинарных связей, которые затрачиваются на образование молекулы полимера.
Зависит от природы, числа реакционноспособных центров, особенностей строения
Функциональность определяет строение полимера

Виды функциональности:

Молекулярная или структурная функциональность
Реализуемая функциональность

Фенолоформальдегидные смолы

Феноло-альдегидные полимеры – отвержденные олигомерные продукты поликонденсации фенолов (фенол, крезолы, ксиленолы, гидрохинон) с альдегидами (формальдегид, фурфурол), получаемые в водной среде в присутствии кислотных и щелочных катализаторов (состав полимеров зависит от pH среды).
Поликонденсация проходит через стадию оксиметилирования в орто- и пара- положении фенольного ядра:
В щелочной среде при избытке формальдегида получают резолы – твердые или жидкие термореактивные полимеры:
Поликонденсация:

Хорошо растворимы в метаноле, этаноле, ацетоне, фенолах, щелочах.
Нерастворимы в ароматических и парафиновых углеводородах, галогенпроизводных углеводородов.
При комнатной температуре способны переходить в неплавкое нерастворимое состояние.
Содержат свободный фенол, что снижает температуру плавления.

В кислой среде при избытке фенола получают новолаки – твердые термопластичные полимеры:
Поликонденсация:

Хорошо растворимы в метаноле, этаноле, ацетоне, фенолах, щелочах.
Нерастворимы в ароматических и парафиновых углеводородах, галогенпроизводных углеводородов.
Не отверждаются при длительном хранении и нагревании до 180.

Технологический процесс производства фенолоформальдегидных смол:

Дозировка сырья
Поликонденсация
Сушка олигомера
Охлаждение и измельчение готового продукта

Свойства:

механическая устойчивость
прочность
коррозионная стойкость
высокие электроизоляционные свойства

Сополимеризация, сополимеры

Сополимеры – полимеры, в состав которых входят мономеры различного характера.

Виды сополимеров:

Регулярные (мономеры распределены периодично)
Нерегулярные (мономеры распределены беспорядочно)
Блок-сополимеры (линейный полимер, цепь которого состоит из гомополимерных блоков)
Привитые (боковые ответвления отличаются по строению от основной цепи)

Сополимеризация – реакция полимеризации, в которой участвуют различные виды мономеров.

Композиционные материалы

Композиционный материал – это любой материал со структурой, состоящей минимум из двух фаз.

Свойства:

легкость
высокая удельная прочность
высокая усталостная прочность
высокая жёсткость
высокая износостойкость

Общий технологический процесс получения:

Подготовка армирующего наполнителя
Приготовление полимерного связующего
Совмещение матрицы с арматурой
Формообразование детали
Отверждение связующего
Механическая обработка

Технологии: прессовка, формообразование намоткой, вакуумное формование.

Примеры композиционных материалов:

Текстолит
Биметалл
Стеклопластик

Полимерные материалы:применение, свойства, виды: распишем главное

Полимерные материалы состав строение свойства связующие вещества

Основные физические свойства

Отличительной чертой этого материала является то, что в его химический состав входит вещество, обладающее высокомолекулярными цепочками, повторяющиеся с данной периодичностью.

Благодаря этому самым распространенным стал каучук (резина), отличающийся своей эластичностью и повышенной стойкостью к истиранию.

Он и другие виды не только обладают свойствами упругости, но и имеют иные важные качества:

• Низкая теплопроводимость. Как пример: если поставить на открытый огонь кастрюлю, то сплав из железа нагреется, а ручки, выполненные из пластмассы, останутся холодными.
• Высокий показатель температурного коэффициента линейного расширения, который составляет от 70 до 200 10-6 на один градус. Молекулярная структура обладает свойствами увеличивать линейные размеры в несколько раз больше, чем металл при одинаковой t.
• Благодаря своей гибкости, в последнее время технологи разработали методику нанесения тонким слоем полимер на металлические части изделий для защиты их от коррозии.
• Предел прочности уступает показателям железа. Для повышения добавляют специальные компоненты, за счет которых получаются новые разновидности материала.
• При разработке и производстве товара учитывается низкий коэффициент температурного нагрева. Рекомендуемым порогом является менее 80 градуса. Иначе изменятся физические свойства, которые приведут к снижению прочности.
• Быстро воспламеняется при пожаре, при этом выделяют токсичные вещества.
• Из-за сниженного показателя коэффициента трения на поверхности не остаются дефекты (царапины, сколы).
• Обладает электроизоляционными свойствами. Так как он не проводит ток, то все ручки инструментов покрываются пластмассой.
• Не поддается деформации при длительной нагрузке, способен восстанавливать свою первоначальную форму.

Это интересно: Плотность стали — справочные таблицы, метод определения

Полимерные материалы пластмассы и их свойства

Полимерные материалы состав строение свойства связующие вещества

Полимерные материалы пластмассы обладают хорошими теплоизоляционными и электроизоляционными качествами, коррозийной стойкостью и долговечностью. Средняя плотность пластмасс — 15-2200 кг/м3; предел прочности при сжатии — 120-160 МПа. Пластмассы наделены хорошими электро-теплоизоляционными свойствами, коррозийной стойкостью и долговечностью. Некоторые из них обладают прозрачностью и высокой клеящей способностью, а также имеют свойство образовывать тонкие пленки и защитные покрытия. Благодаря своим свойствам широкое применение эти полимерные материалы нашли в строительстве, главным образом в комбинации с вяжущими веществами, металлами и каменными материалами.

Пластмассы состоят из связующего вещества — полимера, наполнителя, пластификатора и ускорителя отверждения. При изготовлении цветных пластмасс также используются минеральные красители.

В качестве наполнителей при изготовлении этого типа полимерных материалов используются органические и минеральные порошки, асбестовые, древесные и стеклянные волокна, бумага, стеклянные и хлопчатобумажные ткани, древесный шпон, асбестовый картон и др.

Наполнители не только снижают стоимость материала, но и улучшают отдельные свойства пластмасс: повышают твердость, прочность, стойкость к кислотам и теплостойкость. Они должны быть химически инертными, малолетучими и нетоксичными.

Пластификаторами при изготовлении пластмасс служат цинковая кислота, стеарат алюминия и иные, которые придают материалу большую пластичность. Катализаторы (ускорители) применяются в пластмассах для ускорения отверждения.

Примером катализатора могут служить известь или уротропин, которые применяются для отверждения фенолоформальдегидного полимера.

Какие бывают полимеры – классификация

В современной промышленности насчитывается несколько десятков разновидностей. Разделение происходит по химическому составу, агрегатному состоянию и эксплуатационным качествам.

По происхождению

К ним относятся:

• Синтетические. Являются самыми востребованными в производстве. Обладают исключительными особенностями из-за добавления и смешивания различных веществ.
• Искусственные. Изделия из такого вида окружают нас в быту.
• Природные (биополимеры).

По молекулярным соединениям

Различные химические свойства позволяют разделять на:

• Органические, которые используют для основания пластмассовой продукции.
• Комплексные, где одновременно применяются натуральные и синтетические вещества.
• Неорганические.

Виды полимерных материалов по агрегатному состоянию

Характеристики вещества, подверженного различными температурами и давлением:

• Эластичный. Гибкость позволяет использование при производстве строительного товара (поролон, силикон). Также большое применение находит для изготовления автомобильных покрышек.
• Твердый. В этой форме пластмасса обладает повышенной прочностью и пластичностью. Область применения широка: оргтехника, пылесосы, холодильники, садовая мебель и другие предметы домашней утвари.
• Жидкий. На такой основе изготавливаются лакокрасочные материалы, герметики, монтажная пена.

По структуре, на которую влияет макромолекула

Бывает: разветвленный, линейный, сетчатый, плоский, ленточный, гребнеобразный.

Типы полимеров по полярности

В этом случае на конструкцию влияют положительные и отрицательные заряды, которые определяют характер растворимости в различных средах:

• полярный (гидрофильный);
• неполярный (гидрофобный);
• смешанный (амфильный).

Полимерные материалы состав строение свойства связующие вещества

Поликонденсация

В отличие от предыдущей обработки, здесь происходит слияние частиц ступенчатым методом. При этом образуется высокомолекулярное соединение, где уничтожаются некоторые элементы, при этом выделяется (вода, хлор, водород).

Характеристики полимерных клеящих материалов

Полимерные клеящие материалы выпускают в виде жидкостей порошков и пленок.

Жидкие клеи бывают двух типов. Первый тип клеевых составов представляет собой растворенные в органическом летучем растворителе (спирте или ацетоне) каучуки, смолы или производные целлюлозы.

После испарения растворителя образуется твердое клеевое соединение. Второй тип клеевых составов — это водные растворы специально приготовленных для клеев смол. Такие растворы при правильном хранении не густеют в течение нескольких месяцев.

Жидкие клеи содержат 40-70% твердого клеящего вещества.

Из жидких клеев самыми распространенными являются меламиноформальдегидные, фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные, каучуковые, эпоксидные, поливинилацетатные, а также клеи с добавлением силиконов.

Клей КМЦ (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы) используется при изготовлении мастик и растворов, применяемых при облицовке каменными материалами.

Карбинольный клей (винилацетилен карболен) — это вязкая прозрачная жидкость светло-оранжевого цвета, обладающая высокой клеящей способностью. Поэтому его называют универсальным. Он способен склеивать различные материалы, даже такие, как бетон, камень, металл, дерево. Затвердевший карбинольный клей устойчив к воздействию масел, кислот, щелочей, бензина, ацетона и воды.

В качестве катализаторов для ускорения твердения карбинольного клея используются концентрированная азотная кислота или перекись бензоила. Последняя представляет собой взрывоопасный порошок, поэтому его следует хранить, оберегая от огня.

Карбинольный клей выпускается на основе карбинольного сиропа (100 мас.ч) двух составов: в 1-й добавляется в качестве отвердителя перекись бензоила (1-3 мас.ч.), во 2-й – концентрированную азотную кислоту (1-2 мас.ч.).

Карбинольный клей хранят при температуре 20°С и в темноте, так как под влиянием света он теряет клеящую способность.

Эпоксидный клей представляет собой прозрачную вязкую жидкость светло-коричневого цвета, обладающую высокой клеящейся способностью. Он применяется для склеивания камня, бетона, керамической плитк.

Затвердевший шов эпоксидного клея устойчив к воздействию кислот, щелочей, растворителей, воды, а также к большим механическим нагрузкам.

Отвердителями эпоксидной смолы служат полиэтиленполиамин или гексаметилендиамин, пластификатором – дибутилфтолат.

Свойства

Внутреннее строение трехмерных форм полимера, соединенных вследствие полимеризации, а в некоторых случаях поликонденсации, четко выявлена и часто просматривается на изломе и разрыве материала. Основная часть полимеров – это органические соединения, при этом встречаются нередко – неорганические варианты.

Свойства полимерных материалов определяются в большей степени строением макромолекул, из которых они состоят. Для изменения характеристик материала используют различные добавки:

смазки, которые позволяют избежать прилипания полимерной структуры к металлическим поверхностям оборудования, на котором производится переработка;
красители, применяемые в декоративных целях;
инсектициды и антисептики, способствующие устойчивости к плесени и воздействию насекомых;
антиперенами, позволяющими снизить горючесть полимеров;
пластификаторами, с помощью которых снижается температура переработки, повышается морозоустойчивость и улучшается эластичность;
наполнители в различном фазовом состоянии позволяют изменить специфические свойства материалов;
стабилизаторы, способствующие улучшению прочности полимерных материалов и увеличению срока службы.

Для большинства полимеров характерны различные механические свойства, которые зависят от структуры и внешних факторов воздействия:

нагрузки, давления, температуры. Из достоинств полимерных материалов можно выделить такие как: простота механической обработки;
водо- и газонепроницаемость;
способность к свариванию и склеиванию; химическая устойчивость; низкая теплопроводность;
высокая прочность и эластичность;
малая плотность;
является диэлектриком.

Как и любой другой материал, полимеры обладают недостатками:

горючесть;
слабая твердость;
ускоренное старение;
повышенная ползучесть;
способность к тепловому расширению;
низкая теплостойкость.

Основной характеристикой полимеров считают их деформируемость. Именно по этому признаку в различных температурных режимах обычно оценивают свойства полимерных материалов.

Полиприсоединение

Это изготовление синтетического сырья путем многократного соединения мономерных звеньев в одну огромную молекулу без отделения других веществ. Производство происходит при помощи растворителей: «Пиридин», «Диметилсульфоксид», « Диметилформамид», в азотной среде при температуре от -20 до 110 градуса.

Сущность

Состав и основа полимерных материалов – это однотипные группы атомов, из которых синтезируется высокомолекулярное вещество. Обычно производство происходит из продуктов переработки нефти, угля и газа. Второй способ – из вторичного сырья (целлюлоза, лигнин).

Синтетические полимерные материалы и их применение

По способу производства синтетические полимерные материалы подразделяются на два класса: класс А — полимеры, получаемые цепной полимеризацией; класс Б — полимеры, получаемые поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией.

Процесс полимеризации представляет собой соединение одинаковых и разных молекул. Побочных продуктов при полимеризации не образуется.

Процесс поликонденсации представляет собой соединение большого количества одинаковых и различных полиреактивных молекул низкомолекулярных веществ, в результате чего образуется высокомолекулярное вещество. При процессе поликонденсации выделяются вода, хлористый водород, аммиак и другие вещества.

Кремнийорганические смолы — это особая группа высокомолекулярных соединений. Особенность этих полимерных строительных материалов состоит в том, что они обладают свойствами как органических, так и неорганических веществ.

Физические и механические характеристики этих полимерных материалов практически не зависят от колебаний температуры по сравнению с обычными смолами, к тому же они обладают высокой гидрофобностью и теплостойкостью. Кремнийорганические смолы служат для получения различных изделий, стойких к действию повышенных температур (400-500°С).

Основная область применения этих синтетических полимерных материалов – изготовление бетонов и растворов для повышения их долговечности. Также их применяют в виде защитных покрытий на природных и искусственных каменных материалах (бетоне, известняке, травертине, мраморе и т. д.). Пропитка оказывает защитное действие в течение 6-10 лет, после чего ее следует возобновить.

Для поверхностей пропитки изделий из природного камня и других строительных конструкций применяют гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ), которые перед употреблением растворяют органическими растворителями, а также водную 50%-ную эмульсию (молочно-белого цвета), которую перед употреблением смешивают с водой в соотношении 1:10.

Поливинилацетатная дисперсия (ПВА) — это продукт полимеризации винилацетата в водной среде в присутствии инициатора и защитного коллоида. Это вязкая жидкость белого цвета, однородная, без криков и посторонних включений.

ПВА в зависимости от вязкости изготавливается трех марок: Н — низковязкая, С — средневязкая, В — высоковязкая. Она применяется при изготовлении полимерцементных растворов, мастик, паст, которые используются при облицовочных работах.

Латекс синтетический СКС-65ГП — продукт совместной полимеризации бутадиена со стиролом в соотношении 35:65 (по массе) в водной эмульсии с применением в качестве эмульгатора некаля и натриевого мыла синтетических жирных кислот. Латекс СКС-65ГП используется при изготовлении полимербетонов, эмульсионных красок, мастик и паст, применяемых при облицовочных работах. Также латекс используется при нанесении различных покрытий.

Полимерные материалы состав строение свойства связующие вещества Физико-химические свойства этого полимерного строительного материала латекс СКС-65ГП:

содержание сухого вещества, %, не менее 47;
содержание незаполимеризованного стирола, %, не более 0,08;
концентрация водородных ионов (pH), не менее 11;
поверхностное натяжение, дин/см2, не более 40;
вязкость, с — 11-15;
содержание золы, %, не более 1,5.

Латекс синтетический СКС-ЗОШР — продукт совместной полимеризации бутадиена со стиролом в водной эмульсии, применяется в качестве связующего или клеящего материала при облицовочных работах.

Физико-химические свойства латекса СКС-ЗОШР:

содержание сухого вещества, %, не менее 33;
температура желатинизации, °С, не выше 14;
содержание свободной щелочи, %, не более 0,15.

Структура

Свойства и технические характеристики полимерного материала зависят от молекулярных соединений в цепи. По строению идет разделение на:

• Линейное. Это соединения, где макромолекулы составляют длинные цепочки и имеют спиральную или зубчатую комбинацию. При этом они чрезвычайно гибкие. Такое качество дает высокую эластичность, и товар не крошится при застывшем состоянии.
• Лестничное. Здесь макромолекулы создают пару длинных цепей, которые являются основой для создания изделий с высокой жесткостью и стойкостью к большим температурам. Помимо этих положительных качеств, есть главное достоинство – не вступают в химическую реакцию с растворителями из органики.
• Пространственное. Мономолекулы связаны между собой поперечными мостиками и синтезируются при помощи мочевины и формальдегида. Итогом такой операции становится пространственная или неоднородная структура основы сетки. Из такого сырья создаются жесткие конструкционные продукты.
• Линейно-разветвленное. Это когда от основной цепи идут ответвления, численность и размер которых различны. Такая структура наиболее прочная. Это свойство нашло применение в изготовлении полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида.

Поделитесь в соц.сетях:

Состав и свойства пластмасс

Пластмассы получают обычно из связующего вещества и наполнителя, вводя в состав исходной массы те или иные специальные добавки-пластификаторы, отвердители, стабилизаторы и красители.

Связующие вещества

Связующим веществом в пластмассах служат различные полимеры – синтетические смолы и каучуки, производные целлюлозы.

Выбор связующего вещества в значительной мере определяет технические свойства изделий из пластмасс: их теплостойкость, способность сопротивляться воздействию растворов кислот, щелочей и других агрессивных веществ, а также характеристика прочности и деформативности. Связующее вещество – это обычно самый дорогой компонент пластмассы.

Для производства полимеров имеются огромные запасы сырья. Исходными материалами для их получения являются природный газ и так называемый «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти. В газообразных продуктах переработки нефти содержится этилен, пропилен и другие газы, перерабатываемые на предприятиях в полимеры.

Сырьем для полимеров служит также каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля и содержащий фенол и другие компоненты.
В производстве синте5тических материалов применяют также азот и кислород, получаемые из воздуха, воду и ряд других широко распространенных веществ.
Наполнители

Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна. В виде наполнителей слоистых пластмасс порошки и волокна. В форме наполнителей слоистых пластмасс широко используют также бумагу, ткани, древесный шпон и другие листовые материалы.

Наполнители существенно уменьшают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс.

Кроме того, наполнители улучшают ряд свойств изделий – повышают теплостойкость, а волокна ткани и листовой материалы сильно повышают сопротивление растяжению и изгибу, действуя подобно арматуре в железобетоне.

Пластификаторы

Пластификаторы – это вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокой эластичности и уменьшения хрупкости. В виде пластификаторов могут использоваться некоторые низкомолекулярные высококипящие жидкости. Молекулы жидкости, проникая между звеньями цепей полимера, увеличивают расстояние и ослабляют связи между ними. Это и приводит к уменьшению вязкости полимера.

При изготовлении пластмасс в их состав добавляют и другие добавки. Вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, убыстряют процесс отверждения пластмасс и их поэтому называют отвердителями.

Добавки стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойства пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение при воздействии солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и других неблагоприятных влияний.

В качестве красителей пластмасс применяют как органические (нигрозин, хризоидин и др.), так и минеральные пигменты – охру, мумие, сурик, ультрамарин, белила и др.

Для производства пористых пластических масс в полимеры вводят специальные вещества – порообразователи (порофоры), обеспечивающие создание в материале пор.
Положительным свойством пластмасс является то, то возможно получить некоторые материалы с высокими показателями, например:
— малая плотность в пределах от 20 до 2200 кг/м3;

— высокие прочностные характеристики – у текстолита предел прочности при разрыв5е достигает 150 МПа, у древопластиков равен 350 МПа.

Пределы прочности при сжатии этих материалов также достаточно высоки, например, у древопластиков порядка 200 МПа, у СВАМа (стекловолокнистый анизотропный материал) – 420 МПа.

Пластмассы с наполнителями (как порошкообразными, так и волокнистыми) имеют предел прочности при сжатии в пределах от 120 до 160 МПа;

— низкая теплопроводность. Самые легкие пористые пластмассы имеют показатель теплопроводности всего лишь 0,03 Вт/(м*°C), т.е. близкий к теплопроводности воздуха;

— высокая химическая стойкость;
— высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;
— способность окрашиваться в различные цвета;
— малая истираемость некоторых пластмасс. В связи с этим в первую очередь эти пластмассы целесообразно внедрять как материалы для покрытия полов;

— прозрачность пластмасс. Органические стекла пропускают менее 1% ультрафиолетовых лучей, тогда как обычные – более 70%; они легко окрашиваются в различные цвета. Так, стекло из полистирола имеет плотность 1060 кг/м3, тогда как обычное оконное стекло – 2500 кг/м3;

— технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование строгание, обточка и др.), позволяющая придавать изделиям из пластмасс разнообразные формы.

Пластмассовые конструкции и изделия поддаются склеиванию как между собой, так и с другими материалами (например, с металлом, деревом и др.).

Поэтому из пластмасс можно изготовлять различные комбинированные клееные строительные изделия и конструкции;

— относительная легкость сварки материалов из пластмасс (например, труб в струе горячего воздуха) позволяет механизировать работы по монтажу пластмассовых трубопроводов;
— способность некоторых пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезией к ряду материалов, вследствие чего такие пластмассы незаменимы как сырье для производства строительных лаков и красок;
— наличие в стране обширной сырьевой базы для производства полимеров (природные газы, газы нефтепереработки).

Вместе с тем пластмассы имею ряд недостатков. К отрицательным свойствам большинства пластических масс нужно прежде всего отнести их низкую теплостойкость (от +70 до +200°C).

Пластические массы имеют малую поверхностную твердость. Значительным недостатком пластмасс является высокий коэффициент термического расширения.

Это необходимо учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно крупноразмерных (например, трубопроводов).

Не могут быть игнорированы и другие отрицательные строительные свойства пластмасс – их повышенная ползучесть, особенно заметная при повышении температурного режима, а также некоторых из них обладают горючестью с выделением вредных газов и токсичностью при эксплуатации.

К недостаточно изученным свойствам пластмасс следует отнести сроки из службы. Между тем вопросы долговечности материалов, изменяемости их свойств во времени в значительной мере определяют их применения в строительстве.

к.т.н. Иванов М.И.

Техническая строительная экспертиза

Узнать стоимость и сроки online, а также по тел.: +7(495) 641-70-69; +7(499) 340-34-73; e-mail: [email protected]

Полимерные материалы и их классификация

Все, что окружает человека в быту, на работе или транспорте – изготовлено из материалов, которые обладают различными свойствами и характеристиками. Искусственное сырье создается человеком с помощью прогрессивных технологий, которые периодически обновляются. К такому ресурсу относят полимерные материалы, в состав которых входят как натуральные, так и искусственные элементы.

С каждым годом доля искусственных материалов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, увеличивается благодаря разнообразию физических свойств и структуры такого сырья, как полимерные материалы.

Благодаря большому количеству мономерных звеньев в структуре молекулы полимера, такой материал обладает прочностью наряду с эластичностью и практичностью.

Молекулярная масса полимерного сырья имеет высокую массу, которая может измеряться как несколькими тысячами единиц, так и несколькими миллионами.

Полимерные материалы, в большей степени состоят из органики, при этом часто попадается и неорганический полимер. Изготавливают сырье синтетическими методами, с помощью соединения природных элементов по технологии полимеризации, конденсации или другого химического процесса. Составляющими элементами такого ресурса, как полимерные материалы являются:

нуклеиновые кислоты;
каучук;
белки;
полисахариды;
другие подобные элементы.

Прочность материалов достигается за счет повторения высокомолекулярных типов групп атомов, такое сырье называют сотополимером или гетерополимером. Характерным признаком ресурса является периодическое повторение структурного фрагмента, так называемого – мономерного звена. Примером такого повторения может быть поливинилхлорид или каучук.

При наличии слабой связи между макромолекулами полимерные материалы называют термопластами, наличие химической связи между звеньями позволяет отнести сырье к реактопластам. К линейному характеру соединений относят целлюлозу, а к разветвленному – амилопектин. Существуют также разновидности более сложных трехмерных пространственных связей.

Классификации полимерных материалов

Зависимо от происхождения полимеры разделяют на синтетические и природные. Несмотря на востребованность природных составляющих, материалы искусственного происхождения, которые производят на низкомолекулярной основе, благодаря синтезу, пользуются большим спросом.

Различия по химическому составу позволяет делить полимерные материалы на:

неорганические, у которых нет однотипных соединений, при этом есть органические радикалы, в качестве дополнительных составляющих;
элементоорганические полимеры, отличаются способностью удерживать в органическом радикальном соединении, атомы неорганики, хорошо сочетающихся с органикой;
органические, которые используют, как основу для пластмассовых изделий.

Характерным отличием структуры, влияющим на свойства материала оказывает макромолекула. Ее вид позволяет разделить полимеры на:

плоские;
ленточного типа;
разветвленной структуры;
линейного характера;
сетчатого типа;
гребнеобразные полимеры;
прочие виды.

По свойствам соединений звеньев, полимерные материалы делят по полярности, влияющую на растворимость материалов в разных средах. Ее определяют по разобщению положительных и отрицательных зарядов. Характера этих связей позволяет разделить полимеры на:

гидрофильные;
гидрофобные;
амфильные.

Иначе говоря, можно отнести перечисленные категории к полярным, неполярным или смешанным. Кроме этого, полимеры имеют разные свойства при изменении температуры. Они бывают:

термопластичные, имеющие свойство размягчения, при увеличении градуса, а при понижении – твердеют;
термореактивные, подвержены разрушению структурных связей между звеньями.

Явным примером, подчеркивающим различие структуры, будет письмо, отправленное по почте, предварительно заклеенное в конверт. В процессе транспортировки, тщательно склеенные поверхности остаются невредимыми. Но стоит нагреть обработанное место на огне или с помощью раскаленного металлического предмета, как клей утратит свои свойства и конверт откроется.

Полимерные материалы делят на два типа: синтетический (искусственный) и огнеупорный. Синтетика встречается в различных сферах жизнедеятельности человека: в строительстве, промышленности, быту и даже – в одежде. Производство искусственного сырья началось в первые годы ХХ века. Первым запатентованным материалом была бакелитовая смола, которая при нагревании меняла форму.

Современные синтетические материалы подвержены влиянию огня и высоких температур, а некоторые из них могут воспламеняться. Чтобы избежать подобное используют добавки, а также синтезируют сырье с помощью хлора или брома.

Галогенированный полимерный материал, который получается после обработки, при сжигании образует газ, способствующий повышению коррозии других материалов.

Разнообразие структур полимеров по химическому составу позволяет разделить материалы на несколько видов, которые находят все большее применение в народном хозяйстве.

Полиэтилен Известен по широко применяемой упаковке различного назначения. Свойства и низкая себестоимость сделала такие материалы популярными в разных отраслях. Различают полиэтилен низкого давления, который обладает прочной структурой молекул и высокого давления, с противоположными свойствами. Эти материалы имеют одинаковы по химическому составу, но различаются по структуре решетки.
Полипропилен Прозрачный полимер изготовленный методикой экструзии с охлаждением методом полива или другим способом с раздувом. Не контактирует с маслами и жирами, не деформируется при температурных изменениях, пропускает водяные пары. Эти свойства материала применяются в пищевой и строительной отрасли.
Поливинилхлорид Такие материалы с полимерной основой встречается реже других из-за способности быть хрупким и не эластичным. Был популярен в 60-е годы прошлого столетия, при сжигании образует диоксин. Современные материалы вытесняют эти полимеры за счет более высокой экологичности и улучшения структуры сырья.
Полиолефин Благодаря разнообразному строению макромолекул, эти полимеры включает в себя составляющие элементы пропилена и полиэтилена. Более половины производимой полимерной продукции относят к полиофелинам. Стойкость к разрыву, нагреву и усадке, позволит в ближайшем будущем увеличить объемы изготовления этого сырья. Тем более, что экологичность, которой обладают такие материалы выше других полимеров, а при производстве и утилизации – не выделяет вредных веществ.

Свойства

смазки, которые позволяют избежать прилипания полимерной структуры к металлическим поверхностям оборудования, на котором производится переработка;
красители, применяемые в декоративных целях;
инсектициды и антисептики, способствующие устойчивости к плесени и воздействию насекомых;
антиперенами, позволяющими снизить горючесть полимеров;
пластификаторами, с помощью которых снижается температура переработки, повышается морозоустойчивость и улучшается эластичность;
наполнители в различном фазовом состоянии позволяют изменить специфические свойства материалов;
стабилизаторы, способствующие улучшению прочности полимерных материалов и увеличению срока службы.

нагрузки, давления, температуры. Из достоинств полимерных материалов можно выделить такие как: простота механической обработки;
водо- и газонепроницаемость;
способность к свариванию и склеиванию; химическая устойчивость; низкая теплопроводность;
высокая прочность и эластичность;
малая плотность;
является диэлектриком.

Как и любой другой материал, полимеры обладают недостатками:

горючесть;
слабая твердость;
ускоренное старение;
повышенная ползучесть;
способность к тепловому расширению;
низкая теплостойкость.

Применение

Благодаря преимуществам полимерных материалов перед другими видами сырья, их использование с каждым годом становится более популярным. Применение полимеров встречается повсюду: в легкой и тяжелой индустрии, сельскохозяйственной и медицинской отрасли. Каждый день приходится сталкиваться с продукцией из полимерных материалов.

При строительстве зданий стали заменять металлические конструкции – пластиковыми. Это окна, армирующие сетки, а также приспособления и инструмент. Геосинтетические материалы широко используются при возведении дорог.

С помощью сеток из синтетических материалов изготавливают поддерживающую оснастку вьющимся растениям для сельского хозяйства. Устройство декоративных заборов с применением пластика также стало популярным благодаря устойчивости к коррозии, которой обладает полимерная сетка.

Геотекстиль и геомембрана используют при возведении бассейнов и искусственных водоемов. Такие полимеры защищают мембрану от грунта и обладают гидроизоляцией.

Упаковка различных товаров производится с помощью полимерных пленок и других видов упаковок, как в супермаркете, так и на рынке. Изготовление несущих конструкций авто- и мототехники позволяет облегчить вес транспортных средств и избежать пагубного воздействия коррозии.

Применение полимерных материалов в производстве и быту становится все популярнее с каждым годом.

Низкая стоимость и желаемые технические параметры сырья постепенно вытесняют привычные изделия текстильной, строительной и даже металлургической промышленности.

Удобство обработки и химические свойства полимерных изделий повышают качество и продлевают срок службы привычных предметов, создающих комфортные условия для активной жизнедеятельности человека.