Начало / Полимерные материалы

Полимерные материалы

 Полимерные материалы (пластмассы, композиты, пластики) - композиции определённого состава, получаемые из мономеров, олигомеров, полимеров с введением при их изготовлении либо в процессе формирования изделия различных компонентов (ингредиентов) для целенаправленного придания свойств, как материалу, так и изделию из него.
 В полимерный материал могут входить одновременно или в различных состояниях: связующее (полимерная матрица), наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, сшивающие агенты (отвердители), структурообразователи, порообразователи, смазки, антипирены, антистатики, антимикробные агенты и другие компоненты, придающие специфические свойства композиции в целом.
 Связующее в пластической массе или полимерная матрица в полимерном материале (изделии) удерживает все ингредиенты композиции в форме и размерах, полученных после её переработки. Связующим (полимерной матрицей) могут быть индивидуальные полимеры. Помимо основного компонента связующего - мономера, чаще олигомера, полимера или их сочетания - в него вводят различные органические соединения, изменяющие (модифицирующие) свойства компонентов связующего на стадии изготовления полимерного материала или при его переработке в изделия.
 Модифицирование проводят либо без химических превращений основного полимера путём изменения условий производства полимерного материала или введением малых количеств неполимерных веществ (структурная модификация), либо в результате химических реакций, как на стадии синтеза (сополимеризация, полимеризационное наполнение и др.), так и путём химических превращений уже синтезированных олигомеров и полимеров (химическая модификация).
 Наполнители - это твёрдые, жидкие, газообразные органические и неорганические вещества, вводимые в мономер, олигомер или полимер с целью снижения стоимости изделия с одновременным улучшением эксплуатационных параметров пластических масс, ведущих к расширению областей их применения. Химическая природа, физическое строение и форма наполнителя определяют механические, электрические и химические свойства полимеров, а также их водостойкость, термостойкость и теплостойкость. Наполнители в значительной степени влияют и на технологический процесс производства пластической массы, и на способы её переработки в изделия.
 Наполнители в зависимости от химической природы и активности поверхности разделяют на органические и неорганические, природные и синтетические, активные и неактивные. В зависимости от формы и структуры – подразделяют на порошкообразные (дисперсные), волокнистые и листовые.
 В производстве полимерных композиционных материалов наибольшее применение находят порошкообразные наполнители различных форм: кубической - полевой шпат, кальциты; сферической - искусственные микросферы, стеклосферы; игольчатой - древесная мука, силикат кальция; чешуйчатой - тальк, графит, каолин, гидроокись алюминия; в виде параллелепипеда - полевой шпат, оксиды кремния, бария, сочетание которых между собой может быть самым разнообразным.
 Из волокнистых наполнителей широкое распространение получили хлопковые очёсы, короткие целлюлозные, асбестовые, стеклянные, а также углеродные, борные, металлические волокна.
 Из листовых наполнителей применяют бумагу, различные ткани (стеклохлопчатобумажные, боро-, органоткани и др.), ленты, например из металлической фольги.
 Пластификаторы - это продукт (вещества), вводимые в мономер, олигомер с целью повышения эластичности и пластичности, а также облегчения диспергирования в композиции сыпучих компонентов, например, порошкообразных наполнителей. Пластификаторы понижают температуру переработки и могут придавать материалу такие свойства, как светостойкость, термостойкость, морозостойкость и негорючесть.
 Известно свыше 500 наименований пластификаторов, но применяется только около 100. Важнейшими из них являются эфиры алифатических или ароматических кислот и алифатических спиртов, эфиры гликолей и эфиры фосфорной кислоты, эпоксидированные соединения, полиэфиры, хлорированные соединения и др.
 Стабилизаторы (антиоксиданты, термо-, светостабилизаторы, противоутомители) - вещества, повышающие устойчивость мономеров, олигомеров или полимеров к действию кислорода, особенно при повышенных температурах в условиях производства, переработки и хранения - эксплуатации полимерных материалов. Различают окрашивающие и неокрашивающие антиоксиданты, среди которых наибольшее применение находят неозон, нонокс, диафен, алкофены и др.
 Сшивающие агенты (отвердители, вулканизирующие агенты) - вещества, создающие в полимерной матрице композиционного материала на определённой стадии его производства, чаще всего при изготовлении изделия, химические связи между макромолекулами с целью повышения прочности, теплостойкости и химстойкости и других свойств. Условно сшивающие агенты разделяют на отвердители для пластических масс и вулканизирующие агенты для каучуков. К отвердителям относят алифатические и ароматические амины, низкомолекулярные полиамиды, ангидриды кислот, полиизоцианаты, гексаметилентетраамин, алкоксисиланы; активные растворители - фурфурол и фуриловый спирт, стирол и др.; к вулканизирующим агентам - серу, органические ди- и полисульфиды, органические перекиси, диамины, производные хинона, алкилфенолоформальдегидные смолы, диизоцианаты, окислы металлов и др.
 Структурообразователями называют вещества, вводимые в полимерные материалы для получения полимерной матрицы с определённой структурой. К таким веществам относятся тонкодисперсные порошки окислов, нитридов металлов, карбиды, соли органических кислот, поверхностно-активные вещества (ПАВ), вводимые в количестве 0,1...1,0% от массы полимера. Выполняя роль центров кристаллизации и (или) понижая поверхностное натяжение на границе фаз, эти добавки способствуют улучшению прочностных, химических и других свойств полимерных материалов.
 Смазки (парафины, воска, стеараты) предохраняют от прилипания полимера к поверхностям формирующего оборудования, способствуя диспергированию ингредиентов в материале.
 Антистатики (различные группы ПАВ, добавляемые в количестве до 1% от массы полимера) предотвращают возникновение и накопление статического электричества на изделиях из полимерных материалов.
 Антипирены (галогеносодержащие соединения, производные фосфора, соединения сурьмы, изоцианаты) снижают горючесть материала, затрудняя воспламенение и распространение пламени.
 Порообразователи - вспенивающие вещества, используемые для образования в полимере или полимерном материале замкнутых, не сообщающихся (пенопласт) или сообщающихся (поропласт) между собой пор, что ведёт к существенному снижению плотности материала.
 Порообразователями могут быть органические и неорганические жидкие и твёрдые вещества, разлагающиеся при нагревании с выделением CO2, NH2, N2 (химические), либо воздух, N2, CO2, NH2, H2 в виде газов, вводимых в композицию под давлением; легкокипящие, но не разлагающиеся при нагревании жидкости (метиленхлорид, пектан, гектан и др.) и водо-растворимые соли (KCl, NaCl и др.), вымываемые из изделия (физические порообразователи).
 Антисептики (доли процента органических соединений Sn, As, Hg, бромированных салициламидов, меркаптанов) в полимерном материалу затрудняют появление и распространение микроорганизмов.
 Красители (органические и неорганические пигменты) вводятся в полимерные матариалы для придания им цвета и товарного вида и должны обладать высокой степенью дисперсности, свето-, термо- и атмосферостойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных сред (кислот, щелочей и др.) и отсутствием склонности к миграции на поверхность изделия.
 Полимерные строительные материалы - это чаще всего многокомпонентные системы, основным отличительным признаком которых является вид связующего - полимера. Однако в определённых условиях используются так называемые комополимерные материалы - полимеры, не содержащие каких-либо модифицирующих добавок. Перечень этих материалов и области их использования довольно значительны.
 При попытках классифицировать существующий массив полимерных материалов, всегда возникают трудности, связанные с поливариантностью их состава и структуры и отсюда практически неограниченным набором - сочетанием свойств конечных продуктов и изделий из них.
 
На практике и в литературе используют несколько способов разделения полимерных материалов, основу которых составляют:
- происхождение - природные, искусственные, синтетические;
- механизм синтеза - полимеризационные, поликонденсационные;
- способ синтеза - суспензионные, эмульсионные, блочные или массовые;
- поведение при воздействии высоких температур - термопласты, реактопласты;
- химическое строение - органические и неорганические или карбоцепные, гетероцепные, элементоорганические и неорганические;
- конечный продукт - олигомеры, полимеры, пластические массы или полимерные материалы;
- величина деформационных характеристик - жёсткие, полужёсткие, мягкие и эластичные;
- область применения - так называемые потребительские ряды - самый широкий спектр для классификации.



Rambler's Top100
© 2005-2010





. При копировании материалов сайта активная текстовая ссылка обязательна.
Советуем: