Полимерные материалы и изделия из них.

Полимерами называют химические вещества, в которых каждая молекула представляет собой цепь из множества последовательно соединенных одинаковых групп атомов, при чем одна и та же группа атомов повторяется много раз. Структуру такой молекулы можно представить в виде цепи, сделанной из тысяч одинаковых звеньев.

Примеры полимерных материалов.

Полиэтилен – получают из этилена СН₂ = СН₂, который в свою очередь получается из природного газа. Применяют в производстве труб, гидроизоляционных пленок.

Полистирол – получают из стирола, который в свою очередь синтезируется из природного газа и дегтя. Полистироловые смолы применяют для изготовления облицовочных плиток, ячеистых масс.

Поливинилхлорид (ПВХ) обладает способностью вытягиваться в горячем состоянии, что дает возможность производить тонкопленочные изделия. ПВХ применяют для получения гибких гидроизоляционных материалов, отделочных материалов, водопроводных труб.

Поливинилацетат (ПВА) обладает высокой адгезией к поверхностям различных материалов. Поэтому на основе ПВА изготавливают краска, клей, мастики.

Фенолальдегидные полимеры – изготавливают из фенола и альдегида. Применяют для производства ДВП, ДСП, фанеры.

Цепи из которых слагаются полимеры называются макромолекулами. В зависимости от формы макромолекул полимерные соединения подразделяют на линейные, разветвленные и сетчатые.

У линейных полимеров макромолекулы представляют собой сотни или тысячи элементарных звеньев мономеров, соединенных внутримолекулярными связями в бесконечные цепи (а).

У разветвленных полимеров цепи образуют ответвления, состоящие также из элементарных звеньев мономеров (б).

У сетчатых полимеров цепи образуют пространственную сетку (в).

Рис. 7 Строение высокомолекулярных соединений.

Линейные и разветвленные относятся к термопластичным, а сетчатые к термореактивным полимерам. Термопластичными называют полимеры, способные обратимо размягчаться при нагреве и отвердевать при охлаждении, сохраняя основные свойства. Термореактивными называю полимеры, которые, будучи отверждены, не переходят при нагреве в пластичное состояние, а претерпевают деструкцию и загораются.

Сырьем для полимеров могут быть природный газ, «попутный» газ, продукты переработки нефти, каменноугольный деготь и др.

Синтетические полимеры могут быть получены 2 основными способами: полимеризация и поликонденсация. При реакции полимеризации происходит объединение однородных мономеров с последующим образованием нового высокомолекулярного вещества (полимера) без выделения каких-либо побочных продуктов. По такой схеме получается полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат и др.

Поликонденсация состоит в образовании нового высокомолекулярного вещества – полимера – и сопровождается выделением каких либо побочных продуктов (например, Н₂О, аммиак и т.п.). По этой реакции получаются фенол-формальдегидные полимеры, полиуретаны, кремнийорганические полимеры, эпоксидные и др.

Одним из основных направлений использования полимеров является производство пластических масс.

Пластмассы – это материалы, в состав которых входят полимеры (связующее), наполнитель (аналог заполнителя в бетоне, удешевляет, повышает ряд свойств, например, прочность), а также пластификатор, отвердитель, стабилизатор (способствует сохранению структуры) и краситель.

Достоинства пластмасс низкая плотность, при этом ряд материалов имеют высокую прочность (текстолит 150 МПа); низкая теплопроводность; высокая химическая стойкость; устойчивость к коррозии; способность окрашиваться; малая истираемость; легкость обработки (пиление, сварка, сверление и др.). Пластмассы легко перерабатываются в изделия требуемой формы и заданных размеров.

Недостатки: низкая теплостойкость (70-200⁰ С); низкая поверхностная твердость; высокий коэффициент термического расширения (в 2.5 -10 раз выше стали); повышенная ползучесть; горючесть с выделением вредных газов. Недостаточно изучен вопрос об их долговечности.