К полимерным материалам технически можно отнести огромное количество соединений. В частности, полимерами считаются, например, белки. Но термин обычно касается вполне конкретной группы материалов – пластиков, эластичных соединений, которые активно используются в промышленности и в быту. Мы занимаемся пластмассами уже очень долго и хотим рассказать вам об особенностях этих материалов – это обзор, написанный простым языком для тех, кто интересуется темой производства или переработки пластика.
Что такое полимер
Полимерные материалы – большая группа веществ, которые физически представляют собой длинные цепочки молекул. Эти молекулы называются мономерами и могут иметь синтетическое либо природное происхождение. В цепочке их очень много – это называется степенью полимеризации, и она должна быть высокой, иначе вещество не будет считаться полимером. Благодаря особому строению и химическим связям, которые определяют соединения между молекулами, у полимеров есть множество особых свойств: они эластичные и гибкие, многие из них практически не бьются и легко выдерживают деформации. Кроме того, многие такие материалы инертны и не реагируют даже с некоторыми агрессивными веществами. Эти свойства – и есть причина, по которой полимерные материалы так важны в промышленности.
Свойства полимеров
Упомянутых выше особенностей много. И вот основные из них.
Эластичность. С полимерными материалами легко работать благодаря их пластичности. Они относительно легко принимают нужные очертания, и с их помощью можно создавать даже изделия сложной формы.
Способность восстанавливать форму. Некоторые виды пластмасс настолько эластичны, что спокойно вернутся к первоначальным очертаниям после деформации.
Химическая инертность. Полимеры, которые сейчас используются в промышленности, практически не реагируют с окружающими веществами. Поэтому они способны контактировать с большим количеством составов без вреда для себя. Например, полимерные материалы не подвержены коррозии, в отличие от металла, а значит, могут использоваться при создании конструкций, постоянно контактирующих с водой.
Низкая теплопроводность. Пластики не так активно проводят тепло, как, например, металл. Это важно, например, при создании теплоизоляции, которая часто выполняется из полимерных материалов. Однако стоит помнить, что температура плавления у современных полимеров может быть довольно низкой – существенно ниже, чем у металлических компонентов.
Низкая электропроводность. Большинство полимерных материалов не проводят электричество, поэтому могут использоваться при изготовлении изоляции и защитных средств для работы с электроприборами.
Малая хрупкость. Это касается твердых полимеров. Они менее хрупки, чем стекло сравнимой плотности, с меньшей вероятностью разобьются и потому в некоторых вопросах более безопасны.
Оптимальная прочность. Вообще показатель прочности различается у разных видов полимерных материалов, так что подобрать полимер можно под большинство задач. Конечно, полимеры все еще менее прочны, чем, скажем, металл, но у них множество других плюсов: они не подвержены коррозии, легче и удобнее в использовании. В огромном количестве случаев это важнее, чем прочность.
Горючесть. В отличие от большинства перечисленных выше свойств, это – скорее проблема использования пластмасс в быту. Большинство полимерных материалов горючие, более того, при горении они выделяют токсичные вещества. Однако современная промышленность нашла способ обойти эту проблему благодаря созданию огнеупорных пластмасс со специальными добавками в составе. Так что сейчас некоторые полимерные материалы можно применять даже при создании огнезащищенных предметов и конструкций.
Происхождение полимеров
Существуют природные полимерные материалы, к которым можно отнести большое количество натуральных веществ – от хлопка до глины. Но термин обычно используется для описания конкретно синтетических и искусственных полимеров. Это разные понятия – и вот в чем различие.
- Искусственные полимеры получаются из переработанных природных материалов: целлюлозы и других. Исходное вещество само по себе полимерно, но его модифицируют так, чтобы получить состав с новыми свойствами.
- Синтетические полимеры человек синтезирует самостоятельно из низкомолекулярных органических соединений. В процессе множество молекул-мономеров выстраиваются в длинные цепочки и связываются друг с другом – образуют полимер. Это сложный технологичный процесс, но именно синтетические полимерные материалы – самый востребованный в современном мире тип.
Какими бывают полимеры
Полимерные материалы – очень разнообразная группа, среди них достаточно и твердых, и жидких веществ, составов разной степени вязкости и с различающимися химико-физическими свойствами. Мы приведем лишь ряд характеристик, с помощью которых их классифицируют.
По воздействию температуры. Могут быть термореактивными и термопластичными – их также называют реактопластами и термопластами соответственно. Первые – скорее олигомеры, имеют более низкую степень полимеризации. При комнатной температуре они находятся в жидком состоянии, но застывают под воздействием тепла. Конечные изделия оказываются более прочными, термостойкими и неплавкими, но при этом они более хрупкие и не подлежат переработке. Пример – эпоксидные или полиэфирные смолы. Термопластичные же материалы – изначально высокомолекулярные, способны многократно расплавляться под воздействием жара и отверждаться при остывании. Они более эластичны, их можно перерабатывать, несмотря на то что они менее прочны и сильнее подвержены старению под влиянием внешних воздействий.
По полярности. Полярность – это соотношение положительных и отрицательных зарядов, и она определяет, как материал будет взаимодействовать с окружающими составами, в частности водой. Полярные полимеры – гидрофильные, а неполярные – гидрофобные, то есть отталкивают воду. Эти свойства можно применять в промышленности, чтобы получить покрытие либо изделие с нужным эффектом.
По агрегатному состоянию. Это не совсем то же самое, что влияние температуры, хоть показатели и связаны. Твердый полимер может быть аморфным, более эластичным и гибким, или кристаллическим, более твердым, ударопрочным. Эластичные полимерные материалы иногда выносят в отдельную группу и называют эластомерами. Жидкие же вещества обычно являются компонентом каких-либо составов: от герметиков и клеев до некоторых видов краски. Они могут отверждаться под воздействием тепла, света либо воздуха.
По структуре. Свойства конкретного полимера зависят в том числе от того, как в нем расположены молекулы. Существуют линейные полимеры – в них мономеры связаны в единую цепь, поэтому вещество получается более мягким и эластичным. Это обычно эластомеры. Если мономеры расходятся в разные стороны, такие материалы называют разветвленными – они более прочные. К этому типу относится, к примеру, полиэтилен высокого давления. Наконец, мономеры могут образовывать плоские либо пространственные решетки. Это сетчатые полимерные материалы: они практически не деформируются и не растворяются, прочнее остальных. Часто это реактопласты, которые после нагревания образуют прочную монолитную структуру. Сюда же можно отнести разделение на гомополимеры и гетерополимеры, которые также называют сополимерами. В веществах первой группы все мономеры одинаковые, во второй – могут быть разными.
Примеры и применение полимерных материалов
Полиэтилен высокого и низкого давления. Один из наиболее распространенных полимеров: из него производят упаковку, в частности пластиковые пакеты и тару. Также иногда его используют для создания трубопроводов, корпусов для техники и других объектов. Физические свойства материала во многом зависят от способа производства. Так, полиэтилен низкого давления скорее линейный, но с кристаллической фазой, то есть довольно плотный. Материал высокого давления – менее плотный, но более растяжимый.
Полипропилен. Прочный и твердый полимер используется в производстве пластиковых труб, а также в пищевой и строительной промышленности. Из него разрешено производить пластмассовую посуду, так как материал не выделяет вредных веществ при нагревании, также его используют для производства деталей, корпусов для техники, нетканых материалов. Его отличительные черты – более высокая, чем у полиэтилена, стойкость к истиранию и растрескиванию, а также значительная термостойкость.
Поливинилхлорид. ПВХ – полимер, который знаком многим благодаря тому факту, что из него производят пластиковые оконные рамы. Это термопластичный материал, довольно прочный и эластичный, имеющий более высокие показатели огнестойкости, чем ряд других полимеров. Он активно используется в строительстве: из него производят трубы, оконные рамы, натяжные потолки, покрытия для пола и стен и разнообразные защитные пленки, к примеру – для моющихся обоев. Также ПВХ применяют при создании электроизоляции и используют при производстве искусственной кожи. Хлорированный ПВХ имеет высокие показатели огнестойкости, так что его применяют при создании устойчивых к огню конструкций. Для пищевой промышленности материал не подходит.
Полиуретаны. Это целая группа веществ, частично схожих по химическому строению, но имеющих совершенно разные свойства. Некоторые полиуретаны очень твердые и прочные, но чаще эти пластики – вязкие жидкости либо мягкая масса. Спектр применения очень широк и зависит от типа и свойств полиуретана: так, на основе жидких составов создают герметики, которые отверждаются под воздействием воздуха, а твердые варианты могут применяться при создании деталей для техники и во многих других сферах. При некоторых способах создания материала выделяется газ, поэтому широкое распространение получил вспененный полиуретан, или пенополиуретан. Это вещество активно применяется в строительстве, в качестве мягкой набивки, для создания бытовых предметов. В быту оно известно как поролон.
Силиконы. Еще одна группа, к которой относится множество веществ с разными свойствами, – не все из них даже можно назвать полимерами. Это кремнийорганические соединения, которые разделяются на три категории: силиконовые жидкости, эластомеры и смолы. Их характеризуют химическая и биологическая инертность, способность сохранять свойства даже при экстремальных условиях, гидрофобность, возможность как увеличивать, так и уменьшать адгезию в зависимости от состава. Уникальные свойства силиконов позволяют активно применять их в строительстве, быту, а также в медицине и в создании косметики. Текучие материалы используются как смазочные или охлаждающие жидкости, а также применяются в медицинских целях. Эластомеры – основа для создания синтетических резин и каучуков, герметиков и других составов. Из них могут производить разнообразные прокладки и амортизаторы, уплотнители и другие подобные предметы. Твердые же смолы обычно комбинируются с другими материалами и используются для создания долговечных гидрофобных покрытий.
ABS. Это пластик, который активно применяется в 3D-печати и поэтому стал известен, но этим его применение не ограничивается. ABS – твердый и плотный, долговечный, предназначен для производства пластмассовых изделий в промышленных условиях. Он ударопрочный, поэтому из него могут выполнять корпуса для автомобилей, мебель, спортивный инвентарь и другие предметы, которые должны выдерживать значительные нагрузки. Использование в 3D-принтерах возможно благодаря оптимальной температуре отверждения: в бытовых условиях материал не затвердеет и не деформируется, но принтер сможет разогреть его до нужной температуры.
Мы занимаемся производством и внедрением техники по работе с полимерами разных типов, а также поставляем сами материалы: модельные плиты из ABS, силиконовые компаунды, эпоксидные и полиуретановые смолы. Если вас интересует производство пластмасс или изделий из них – можете связаться с нами, и мы обсудим этот вопрос подробнее. Всегда готовы помочь!
