Polimer materiallar: texnologiya, növləri, istehsalı və tətbiqi

2024 Müəllif: Howard Calhoun | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 10:18

Polimerik materiallar eyni strukturun çoxsaylı kiçik molekullu monomerlərindən (vahidlərindən) ibarət kimyəvi yüksək molekulyar birləşmələrdir. Çox vaxt polimerlərin istehsalı üçün aşağıdakı monomerik komponentlər istifadə olunur: etilen, vinilxlorid, vinil dexlorid, vinil asetat, propilen, metil metakrilat, tetrafloroetilen, stirol, karbamid, melamin, formaldehid, fenol. Bu yazıda polimer materialların nə olduğunu, onların kimyəvi və fiziki xassələrini, təsnifatını və növlərini ətraflı nəzərdən keçirəcəyik.

Polimerlərin növləri

Bu materialın molekullarının xüsusiyyəti aşağıdakı qiymətə uyğun gələn böyük molekulyar çəkidir: М>5103. Bu parametrdən aşağı səviyyədə olan birləşmələrə (M=500-5000) oliqomerlər deyilir. Aşağı molekulyar çəkili birləşmələrdə kütlə 500-dən azdır. Aşağıdakı polimer material növləri fərqlənir: sintetik və təbii. Sonunculara təbii kauçuk, slyuda, yun, asbest, sellüloza və s. aiddir. Lakin əsas yeri aşağı molekulyar çəkili birləşmələrdən kimyəvi sintez prosesi nəticəsində alınan sintetik polimerlər tutur. asılı olaraqyüksək molekullu materialların istehsal üsulundan ya polikondensasiya və ya əlavə reaksiya ilə yaradılan polimerlər fərqlənir.

Polimerləşmə

Bu proses uzun zəncirlər əldə etmək üçün aşağı molekulyar çəki komponentlərinin yüksək molekulyar çəkiyə birləşməsidir. Polimerləşmə səviyyəsi müəyyən bir tərkibin molekullarındakı "mer"lərin sayıdır. Çox vaxt polimer materiallarda mindən on minə qədər vahid var. Aşağıdakı ümumi istifadə edilən birləşmələr polimerləşmə yolu ilə əldə edilir: polietilen, polipropilen, polivinilxlorid, politetrafloroetilen, polistirol, polibutadien və s.

Polikondensasiya

Bu proses ya eyni tipli çoxlu sayda monomerin, ya da bir cüt müxtəlif qrupların (A və B) polikapasitorlara (makromolekullara) birləşməsindən ibarət olan mərhələli reaksiyadır və eyni vaxtda aşağıdakıların əmələ gəlməsi ilə əlavə məhsullar: metil spirti, karbon dioksid, hidrogen xlorid, ammonyak, su və s. Polikondensasiya silikonlar, polisulfonlar, polikarbonatlar, amin plastiklər, fenolik plastiklər, poliesterlər, poliamidlər və digər polimer materiallar istehsal edir.

Poliadition

Bu proses doymamış qrupların monomerlərinə (aktiv dövrlər və ya ikiqat bağlar) məhdudlaşdırıcı reaksiya birləşmələrini ehtiva edən monomer komponentlərin çoxsaylı əlavə edilməsi reaksiyaları nəticəsində polimerlərin əmələ gəlməsi kimi başa düşülür. Polikondensasiyadan fərqli olaraq, poliaddition reaksiyası heç bir əlavə məhsul olmadan gedir. Bu texnologiyanın ən mühüm prosesi epoksi qatranlarının bərkidilməsi və poliuretanların istehsalıdır.

Polimerlərin təsnifatı

Bütün polimer materialların tərkibi qeyri-üzvi, üzvi və orqanik elementlərə bölünür. Bunlardan birincisi (silikat şüşə, slyuda, asbest, keramika və s.) atom karbonunu ehtiva etmir. Onların əsasını alüminium, maqnezium, silisium və s. oksidlər təşkil edir. Üzvi polimerlər ən geniş sinfi təşkil edir, onların tərkibində karbon, hidrogen, azot, kükürd, halogen və oksigen atomları var. Organoelement polimer materialları əsas zəncirlərdə sadalananlara əlavə olaraq silisium, alüminium, titan və üzvi radikallarla birləşə bilən digər elementlərin atomlarına malik birləşmələrdir. Təbiətdə belə birləşmələrə rast gəlinmir. Bunlar yalnız sintetik polimerlərdir. Bu qrupun xarakterik nümayəndələri əsas zənciri oksigen və silikon atomlarından qurulan orqanosilikon əsaslı birləşmələrdir.

Tələb olunan xüsusiyyətlərə malik polimerləri əldə etmək üçün texnologiya çox vaxt “təmiz” maddələrdən deyil, onların üzvi və ya qeyri-üzvi komponentlərlə birləşməsindən istifadə edir. Yaxşı nümunə polimer tikinti materiallarıdır: metal-plastik, plastik, fiberglas, polimer beton.

Polimerlərin strukturu

Bu materialların xassələrinin özəlliyi onların strukturu ilə bağlıdır ki, bu da öz növbəsində aşağıdakı növlərə bölünür: xətti-budaqlı, xətti, fəzavi.böyük molekulyar qruplar və çox spesifik həndəsi strukturlar, həmçinin pilləkənlərlə. Gəlin onların hər birinə qısaca nəzər salaq.

Xətti şaxələnmiş struktura malik polimer materialların əsas molekul zəncirindən əlavə yan budaqları var. Bu polimerlərə polipropilen və poliizobutilen daxildir.

Xətti quruluşa malik materiallar uzun ziqzaq və ya spiral zəncirlərə malikdir. Onların makromolekulları, ilk növbədə, zəncirin bir halqasının və ya kimyəvi vahidinin bir struktur qrupunda saytların təkrarlanması ilə xarakterizə olunur. Xətti quruluşa malik polimerlər zəncir boyu və aralarındakı bağların xarakterində əhəmiyyətli fərq olan çox uzun makromolekulların olması ilə seçilir. Bu, molekullararası və kimyəvi bağlara aiddir. Belə materialların makromolekulları çox çevikdir. Və bu xassə polimer zəncirlərinin əsasını təşkil edir ki, bu da keyfiyyətcə yeni xüsusiyyətlərə gətirib çıxarır: yüksək elastiklik, həmçinin bərkimiş vəziyyətdə kövrəkliyin olmaması.

Və indi məkan quruluşuna malik polimer materialların nə olduğunu öyrənək. Bu maddələr, makromolekullar bir-biri ilə birləşdirildikdə, eninə istiqamətdə güclü kimyəvi bağlar əmələ gətirir. Nəticədə mesh quruluşu əldə edilir, bu mesh qeyri-bərabər və ya məkan əsasına malikdir. Bu tip polimerlər xətti olanlardan daha çox istilik müqavimətinə və sərtliyə malikdir. Bu materiallar bir çox struktur qeyri-metal maddələrin əsasını təşkil edir.

Pilləvi quruluşa malik polimer materialların molekulları kimyəvi bağla bağlanan bir cüt zəncirdən ibarətdir. Bunlara daxildirartan sərtlik, istilik müqaviməti ilə xarakterizə olan orqanosilikon polimerlər, əlavə olaraq, üzvi həlledicilərlə qarşılıqlı təsir göstərmirlər.

Polimerlərin faza tərkibi

Bu materiallar amorf və kristal bölgələrdən ibarət sistemlərdir. Bunlardan birincisi sərtliyi az altmağa kömək edir, polimeri elastik edir, yəni böyük geri dönən deformasiyalara qadirdir. Kristal faza onların möhkəmliyini, sərtliyini, elastik modulunu və digər parametrlərini artırmağa kömək edir, eyni zamanda maddənin molekulyar elastikliyini azaldır. Bütün belə sahələrin həcminin ümumi həcmə nisbəti kristallaşma dərəcəsi adlanır, burada maksimum səviyyədə (80% -ə qədər) polipropilenlər, flüoroplastlar, yüksək sıxlıqlı polietilenlər var. Polivinilxloridlər, aşağı sıxlıqlı polietilenlər daha aşağı kristallaşma dərəcəsinə malikdir.

Polimer materialların qızdırıldığı zaman necə davranmasından asılı olaraq, onlar adətən termoset və termoplastiklərə bölünürlər.

Termoset polimerləri

Bu materiallar ilk növbədə xətti struktura malikdir. Qızdırıldıqda yumşalırlar, lakin onlarda baş verən kimyəvi reaksiyalar nəticəsində quruluş məkana çevrilir və maddə bərkə çevrilir. Gələcəkdə bu keyfiyyət qorunur. Polimer kompozit materiallar bu prinsip əsasında qurulur. Onların sonrakı istiləşməsi maddəni yumş altmır, ancaq onun parçalanmasına gətirib çıxarır. Hazır termoset qarışığı həll olunmur və buna görə də ərimirtəkrar emal etməyə icazə verilmir. Bu növ materiala epoksi silikon, fenol-formaldehid və digər qatranlar daxildir.

Termoplastik polimerlər

Bu materiallar qızdırıldıqda əvvəlcə yumşalır, sonra əriyir, soyuduqda isə bərkiyir. Termoplastik polimerlər bu müalicə zamanı kimyəvi dəyişikliklərə məruz qalmır. Bu, prosesi tamamilə geri döndərən edir. Bu tip maddələr makromolekulların xətti budaqlı və ya xətti quruluşa malikdir, onların arasında kiçik qüvvələr hərəkət edir və heç bir kimyəvi bağ yoxdur. Bunlara polietilenlər, poliamidlər, polistirollar və s. daxildir. Termoplastik tipli polimer materialların texnologiyası onların su ilə soyudulan qəliblərdə inyeksiya ilə qəlibləmə, presləmə, ekstruziya, üfürmə və digər üsullarla istehsalını nəzərdə tutur.

Kimyəvi xassələri

Polimerlər aşağıdakı hallarda ola bilər: bərk, maye, amorf, kristal faza, həmçinin yüksək elastik, özlü və şüşəli deformasiya. Polimer materialların geniş yayılması onların müxtəlif aqressiv mühitlərə, məsələn, konsentratlı turşulara və qələvilərə qarşı yüksək müqaviməti ilə bağlıdır. Onlar elektrokimyəvi korroziyaya məruz qalmırlar. Bundan əlavə, onların molekulyar çəkisinin artması ilə materialın üzvi həlledicilərdə həllolma qabiliyyəti azalır. Üçölçülü quruluşa malik polimerlər isə ümumiyyətlə qeyd olunan mayelərdən təsirlənmir.

Fiziki xüsusiyyətlər

Polimerlərin çoxu izolyatordur, əlavə olaraq onlar qeyri-maqnit materialdır. İstifadə olunan bütün struktur materiallardan yalnız onlar ən aşağı istilik keçiriciliyinə və ən yüksək istilik tutumuna, həmçinin istilik büzülməsinə (metaldan təxminən iyirmi dəfə çox) malikdirlər. Aşağı temperatur şəraitində müxtəlif sızdırmazlıq birləşmələrinin möhkəmliyini itirməsinin səbəbi rezin sözdə şüşə keçidi, həmçinin şüşələnmiş vəziyyətdə metalların və kauçukların genişlənmə əmsalları arasındakı kəskin fərqdir.

Mexanik xüsusiyyətlər

Polimer materiallar strukturundan çox asılı olan geniş mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir. Bu parametrə əlavə olaraq, müxtəlif xarici amillər bir maddənin mexaniki xüsusiyyətlərinə böyük təsir göstərə bilər. Bunlara aşağıdakılar daxildir: temperatur, tezlik, yüklənmə müddəti və ya sürəti, gərginlik vəziyyətinin növü, təzyiq, ətraf mühitin təbiəti, istilik müalicəsi və s. Polimer materialların mexaniki xassələrinin xüsusiyyəti onların çox aşağı sərtlikdə nisbətən yüksək möhkəmliyidir (müqayisədə metallara).

Polimerlər adətən elastik modulu E=1–10 GPa (liflər, plyonkalar, plastiklər) uyğun olan bərk maddələrə və elastik modulu E=1– olan yumşaq yüksək elastik maddələrə bölünür. 10 MPa (rezin). Hər ikisinin məhvetmə üsulları və mexanizmi fərqlidir.

Polimer materiallar xassələrin açıq-aşkar anizotropiyası, eləcə də gücün azalması, uzunmüddətli yüklənmə altında sürünmənin inkişafı ilə xarakterizə olunur. Bununla birlikdə onlarnisbətən yüksək yorğunluq müqavimətinə malikdir. Metallarla müqayisədə onlar mexaniki xassələrin temperaturdan daha kəskin asılılığı ilə fərqlənirlər. Polimer materialların əsas xüsusiyyətlərindən biri deformasiya qabiliyyətidir (elastiklik). Bu parametrə görə, geniş temperatur diapazonunda onların əsas əməliyyat və texnoloji xüsusiyyətlərini qiymətləndirmək adətdir.

Polimer döşəmə materialları

İndi isə polimerlərin praktik tətbiqi variantlarından birini nəzərdən keçirək, bu materialların tam çeşidini aşkar edək. Bu maddələr tikinti və təmir və bitirmə işlərində, xüsusən də döşəmə örtüklərində geniş istifadə olunur. Böyük populyarlıq sözügedən maddələrin xüsusiyyətləri ilə izah olunur: onlar aşınmaya davamlıdır, aşağı istilik keçiriciliyinə malikdir, az su udma qabiliyyətinə malikdir, kifayət qədər güclü və sərtdir, yüksək boya və lak keyfiyyətlərinə malikdir. Polimer materialların istehsalı şərti olaraq üç qrupa bölünə bilər: linoleumlar (yuvarlanan), kafel məhsulları və dikişsiz döşəmələrin quraşdırılması üçün qarışıqlar. İndi hər birinə qısaca nəzər salaq.

Linolyumlar müxtəlif növ doldurucular və polimerlər əsasında hazırlanır. Bunlara həmçinin plastifikatorlar, emal vasitələri və piqmentlər daxil ola bilər. Polimer materialının növündən asılı olaraq polyester (gliftalik), polivinilxlorid, rezin, kolloksilin və digər örtüklər fərqlənir. Bundan əlavə, quruluşuna görə, onlar əsassız və səs və istilik izolyasiya edən əsaslı, bir qatlı və çox qatlı, hamar, ətli olanlara bölünür.və büzməli səth, həmçinin tək və çoxrəngli.

Polimer komponentlər əsasında hazırlanmış kirəmitli materiallar çox aşağı aşınmaya, kimyəvi müqavimətə və davamlılığa malikdir. Xammalın növündən asılı olaraq bu növ polimer məmulatları kumaron-polivinilxlorid, kumaron, polivinilxlorid, rezin, fenolit, bitumlu plitələrə, həmçinin DSP və DSP-yə bölünür.

Tiksiz döşəmələr üçün materiallar istifadə üçün ən rahat və gigiyenikdir, yüksək möhkəmliyə malikdir. Bu qarışıqlar adətən polimer sement, polimer beton və polivinil asetata bölünür.