Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

От полимеров к пластикам. Часть 5. Структура полимеров

29 июля 2020
От полимеров к пластикам. Часть 5. Структура полимеров

Полимерные смеси производятся и применяются во всё возрастающих масштабах. Однако только в исключительных случаях полимеры могут быть растворимы друг в друге и ещё реже могут образовывать гомогенную смесь (один из примеров: PPE + PS, смесь, известная как «Норил»). Поэтому в большинстве случаев смеси представляют собой дисперсии. Частицы каучука диспергируются в хрупких полимерах для повышения их ударной вязкости (усиленные полистирол и полипропилен, ABS и т. д.), а также твердые полимеры объединяются для достижения благоприятного компромисса между свойствами и ценой. Армирование частицами, такими как мел, кварц, слюда и стеклянные шарики, часто выполняется с помощью термопластов и термореактивных материалов для получения более высокой жесткости (а иногда и более высокой прочности).

Существует постепенный переход от высококачественных наполнителей к дешевым, причем последние в основном используются в качестве добавок, снижающих цену, но также и для некоторых других целей — например, для уменьшения усадки при обработке. Резиновые вулканизаты значительно улучшают прочность и стойкость к истиранию благодаря введению технического углерода (до 40 %). Армирование короткими волокнами важно для термопластов и термореактивных материалов. В первом случае очень короткие волокна (стекло или другие) смешиваются с полимером, а некоторые полимеры последние позволяют использовать и более длинные волокна. Результатом является увеличение жесткости в 3–5 раз и увеличение прочности в 1,5–3 раза. Пены могут быть изготовлены из термопластов, термореактивных материалов и каучуков. Плотность может быть получена от почти твердого до сильно разбавленного (почти в 200 раз). Структурные (или цельные) пены имеют твердую оболочку.

Самыми известными вспененными материалами являются пенополистирол, пенополиуретан и полиэфирная пена. Если используется армирование непрерывными волокнами,то в этом случае волокна, например, ткань, в значительной степени отвечают за механические свойства. Традиционно в этом случае используются термореактивные смолы из-за легкости пропитки волокнистых пучков или ткани, которая пропитывается низковязкой неотвержденной смолой. В последнее время, однако, были разработаны методы, чтобы также укрепить термопласты с длинными волокнами. Обычными комбинациями являются полиэстер / стекловолокно (GF-UP) и эпоксидная смола / стекловолокно (GF-EP), а также высококачественные волокна, такие как углерод и арамид, и термопластичные матрицы, такие как PEEK, использующиеся для специальных применений. Из новейших видов армирования отметим карбон-базальтовое, по свойствам напоминающее стекловолокно, однако превосходящее последнее по лёгкости. Теперь поговорим о структуре полимеров более подробно.

От полимеров к пластикам. Часть 5. Структура полимеров

Линейная цепь состоит из «основной цепи», главной цепи, к которой прикреплены боковые группы. Здесь будет дана простая классификация различных типов главной цепи с последующим обзором часто встречающихся боковых групп. Итак, наиболее распространены основные цепи, состоящие исключительно из атомов углерода. Такую структуру имеют полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полибутилен, полистирол, политетрафторэтилен, основные цепи которых включают только связи типа C-C, а к ним уже присоединяются другие элементы — водород, фтор, хлор. Также существуют полимеры, в основной цепи которых чередуются углерод и кислород (тип C-O-C-O-C-O) – к таким относятся уже упоминавшийся в прошлой части полиоксиметилен (POT), а также, например, полиэтиленоксид (PEO). Ещё одна структура основной цепи — несколько атомов углерода с атомом азота (C-C-C-N-C-C-C). Это типичная структура основной цепи нейлонов или полиамидов. Также существуют и более сложные цепочечные структуры, сочетающие в себе все три из вышеперечисленных элементов (полиуретаны), кольцевые углеродные структуры (поликарбонаты, PETP, PBTP, PEEK, PPE), а также цепи с атомами серы (PPS, PSU, PES), кремния (полидиметилсилоксан) и цепи с многокольцевыми структурами (полиимиды).

От полимеров к пластикам. Часть 5. Структура полимеров

Что касается боковых групп, то наиболее часто встречающейся боковой группой является атом водорода: такую простую структуру имеют полиэтилен, полибутадиен и полиоксиметилен, а более сложные структуры с боковыми водородными группами у таких материалов, как полипропилен (PP), поливинилхлорид (PVC), полистирол (PS), полибутилен (PB) и полиакрилонитрил (PAN). Винилиденовые полимеры содержат в боковых группах атомы хлора и/или фтора. Это, например, поливинилиденхлорид (PVDC), поливинилиденфторид (PVDF), а также полиизобутен (PIB). Особую структуру имеют политетрафторэтилен (PTFE), представляющий собой углеродную цепь с боковыми атомами фтора, полиметилметакрилат (PMMA) с несколькими видами водородных, водород-углеродных и более сложных ответвлений, а также полидиены, к которым относятся полибутадиен (BR), полиизопрен (IR) и полихлоропрен. В каждой полидиеновой структуре присутствует боковая метильная группа, а также отдельные атомы водорода и хлора.

Сополимерные цепи состоят из более чем одного типа мономерных звеньев. Некоторые примеры: этилен + пропилен = EPR, стирол + бутадиен = SBR или SBS, стирол + акрилонитрил = SAN, изобутилен + изопрен = IIR (бутилкаучук) Также изготавливаются терполимеры (с тремя мономерами): этилен + пропилен + диен = EPDM, акрилонитрил + стирол + эфир акриловой кислоты = ASA, а этилен + СО + пропилен: поликетон («карилон»). Длина цепи может быть выражена как степень полимеризации P (количество мономерных звеньев в цепи) или, в большинстве случаев, как молекулярная масса в г / моль. Иногда используется «масштабируемая» единица, кг / моль, с разницей в 1000 раз. Мы же в основном будем использовать более привычную единицу измерения, г / моль. Из большинства отдельных полимеров выделяют различные типы, которые различаются по молекулярной массе.

От полимеров к пластикам. Часть 5. Структура полимеров

Самый сильный пример — это полиэтилен, который имеет более чем 10 различных уровней молекулярной массы, причем крайние разновидности различаются в 20 раз. Но и в каждом типе цепи могут сильно различаться по длине, а именно в 100 или даже 1000 раз. Поэтому каждое утверждение о молекулярной массе указывает на среднее значение. Конечно, может возникнуть резонный вопрос: а что толку от этих разных средних значений? Однако выясняется, что разные физические свойства полимеров контролируются разными типами средней молекулярной массы, поэтому пользоваться даже усреднёнными значениями достаточно полезно для определения свойств конкретных разновидностей полимеров. В следующей части поговорим о молекулярно-массовом распределении.

От полимеров к пластикам. Часть 5. Структура полимеров

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад