Полимерные материалы: что такое, основные виды, примеры изделий

Полимерные материалы, что это такое точно определяют химики. Сам термин «полимер» обозначает пластик и используется для изготовления пластмассовой продукции ежедневного применения. Мы пользуемся изделиями из такого сырья дома, на работе. Они окружают нас в общественном транспорте (автомобили, самолеты, вагоны железнодорожного состава). Современная промышленность изобрела новое сырье, в структуру которого входят натуральные и синтетические составляющие.

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.

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).

Что такое полимеризация

Это процесс образования полимеров путем синтеза низкомолекулярных веществ и присоединения молекул к активному центру, который находится в конечной точке цепи.

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).

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).

Материалы

Как мы писали выше, синтетика плохо переносит высокие температуры, воспламеняется и выделяет при тлении токсичные вещества. Во избежание этого химики экспериментальным способом добавляют различные примеси. При синтезе они используют бром или хлор. После обработки получается галогенизированное сырье, способное при сгорании выделять газ, который повышает коррозийность металлических изделий.
Мы рассмотрим примеры и определим, что относится к полимерным материалам:

• Самый знакомый всем – это полиэтилен. Из него изготавливают упаковку для различных целей, используется во всех отраслях народного хозяйства. Он различается по типам (низкого и высокого давления). Эти виды обладают одинаковым химическим составом, но отличаются молекулярной структурой.
• Пропилен. Благодаря своим характеристикам (легкость, высокие эксплуатационные качества, гибкость, эластичность, прочность, водонепроницаемость) широко применяется при строительстве жилых комплексов и промышленных объектов. Из него изготавливаются трубы для горячего и холодного водоснабжения, для отопительной системы. Они не подвержены коррозии, не деформируются при динамической и статистической нагрузках, не производят шум и не вибрируют. Единственный минус – вступают в реакцию с кислородом и не выносят ультрафиолет. Поэтому при монтаже необходимо устанавливать защитную систему.
• Поливинилхлорид. Что это за полимерные материалы и какие примеры можно привести, ведь все уже забыли об этом термине и области применения. Популярным они были в середине прошлого столетия. Они обладают хрупкостью и невысокой экологичностью, потому что при тлении выделяют ядовитый диоксин. Поэтому современные вещества вытеснили с рынка потребления старый образец.
• Полиолефин создан на основе составляющих полиэтилена и полипропилена. Более половины продукции во всем мире изготовлена из этого сырья. Так как он имеет огромное преимущество перед другими пластмассами. Он не разрывается, не дает усадку, не нагревается, а при утилизации и производстве не выделяет вредные для организма вещества.

Классификация по температурному режиму

Высокомолекулярные соединения различаются по степени влияния тепла:

• Термопластичные при повышенном градусе размягчаются, а при пониженном – твердеют.
• Если разрушаются связующие звенья в цепи, то их называют термореактивными.

Примеры изделий из полимерных материалов

Благодаря своим уникальным качествам и доступной цене область применения товаров из этого сырья разнообразна. Изделия из пластмассы применяются в медицинском оборудовании; в строительной отрасли; в железнодорожном, автомобильном и авиационном транспорте; в бытовой технике; в сельском хозяйстве; в легкой и тяжелой промышленности.
При возведении жилых объектов используется обшивка стен для утепления и облицовки. Большую популярность приобрели пластиковые окна и двери, напольные покрытия (ламинат, линолеум). Все строительные инструменты сделаны с элементами из полимера.
Декоративные изделия (сетка для цветов, поливалки, ведра, плошки) и мебель для садоводческих хозяйств из этого сырья получили широкую популярность у населения из-за небольшого веса, устойчивости к коррозии, эластичности, долговечности и недорогой стоимости. Детские и взрослые переносные бассейны, лодки и искусственные водоемы, круги для плавания изготавливаются из геотекстиля и мембраны, обладающие водонепроницаемостью. Несущие конструкции мотоциклов и некоторых легковых автомобилей производятся из пластмассы для облегчения веса и избежания воздействия ржавчины.

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.

Применение полимеров

Производство таких материалов началось в начале прошлого столетия, где при обработке целлюлозы и отходов нефтепереработки стали получать краску и пленку. Это позволило активному развитию кинематографа. Сейчас пластик вошел в нашу повседневную жизнь. Из него изготавливаются детские игрушки, всевозможные синтетические ткани, прорезиненную подошву для обуви, спортивный инвентарь, компьютерную технику.
Инженеры космической отрасли создали летательные ракеты и спутники на основе полипропилена. При лабораторных испытаниях оказалось, что низкая масса этого сырья без особых усилий помогает преодолеть притяжение Земли, и при больших температурных перепадах в агрессивной среде пластмасса не деформируется.

В быту

Изделия из высокомолекулярных соединений встречаются намного чаще, чем их натуральных компонентов. Этому способствуют высокие характеристики (прочность, гигиеничность, универсальность, эластичность) и низкая стоимость на продукцию.
Приведем несколько примеров тех вещей, которыми мы пользуемся каждый день:

• Предметы личной гигиены (расческа, зубная щетка и т.д.).
• Принадлежности для кухни.
• Одноразовая посуда.
• Пакеты для мусора и покупок.
• Пленка для запекания еды.
• Сантехнические составляющие.
• Бытовая химия.
• Части техники (телевизора, холодильника, пылесоса, микроволновки, миксера, утюга).
• Настольная лампа.
• Одежда (капроновые колготки, костюмы для рыбной ловли, спортивные куртки и комбинезоны) и обувь (резиновые сапоги, сланцы и калоши).

В строительной отрасли

Последние пятьдесят лет пластмасса вытеснила натуральные материалы (дерево, металл и бетон). Она стала использоваться при производстве:

• Отделочных материалов, предназначенных для обустройства потолка, стен и пола.
• Ограждающих конструкций и строительных сооружений. К ним относятся составная арматура, балки, поликарбонат, полибетон, основа оконных рам и межкомнатных дверей, стеклопластик.
• Пен для герметизации проемов и щелей, клея.
• Изделий водо и теплоснабжения, оборудований сантехнического профиля, вентиляционной системы и отопления.
• Тканей, предназначенных для теплоизоляции. Они могут продаваться в рулонах, в виде порошка или жидкими смесями.
• Наливных полов. При использовании такого материала поверхность становится гладкой и ровной. На ней исключено появление воздушных пузырьков, трещин и вмятин.
• Роликов и колес для складской гидравлической тележки. Большой ассортимент этих изделий можно найти на сайте торгово-производственной компании «МПласт». Кроме этого, у них имеется продукция для мебели: заглушки и фурнитура. А для строителей – пластиковые отбойники.

В медицине

Более трех тысяч разновидностей изделий изготовляется для этой отрасли.
Приведем несколько примеров:

• Одноразовые шприцы.
• Хирургические инструменты.
• Материалы для стоматологии.
• Пакеты для хранения крови и плазмы.
• Лекарства, клеи для обработки швов, искусственные протезы и органы.
• Оборудование для хозяйственной деятельности (посуда для лабораторий, различный инвентарь, клеенка, хирургические бахилы).
• Предметы оптики (оправа, линзы).

Виды изделий из полимеров и их применение в сельском хозяйстве

Тепличный бизнес невозможно представить без помещения, сделанного из полипропиленовой арматуры и покрытого поликарбонатом со стенкой толщиной в 1 см. Также для повышения урожайности всегда требуются различные ткани и пленки, предотвращающие появление сорняков.
Для полива используются трубы и шланги, которые намного превосходят по своим техническим характеристикам металлическую мелиоративную систему. Они удобны в монтаже, легкий вес помогает перевозить трубы без применения тяжелой техники, срок эксплуатации составляет около пятидесяти лет.

В пищевой промышленности

Главным условием создания станков для выпечки хлебной продукции, производства мясных, рыбных и овощных полуфабрикатов является соблюдение требований и правил санэпидемстанции. Антиадгезионное покрытие необходимо для бочек и контейнеров для хранения и перевозки зерновых и сыпучих продуктов.
На полках магазина вы встречаете продовольствие, запечатанное в пакеты и пленки, которые защищают от внешних загрязнителей и предохраняют от порчи. Раньше изделия изготавливались из пластмассы с низкомолекулярными веществами, которые имели множество недостатков. Основным из которых является выделение вредных частиц в окружающую среду. На сегодняшний день эта отрасль постоянно развивается, что привело к усовершенствованию химических, механических и физических качеств.

Мы подробно рассказали, что это такое, полимерная продукция, какие имеет свойства и характеристики, виды и область применения.