Полимеры и их свойства

что такое полимер

Слово «полимер» происходит от греческих слов «поли», означающего «много» и «мерос» — «части» или «звенья». Полимер – это группа или последовательность многих звеньев. Создавая полимер, вы объединяете много мономеров (индивидуальных звеньев). Процесс получения полимеров называют синтезом или полимеризацией. 

Гомополимер получается путем полимеризации одинаковых мономеров, а сополимер – при использовании разных мономеров. Гомополимеры имеют повторяющиеся звенья, а чередование различных звеньев в сополимерах может быть случайным или упорядоченным. В зависимости от расположения звеньев различают блок-сополимеры и привитые сополимеры.

Терполимер – полимер, полученный полимеризацией трех различных мономеров.

Слово «полимер» часто используется, как синоним слова «пластик» или «пластмасса», но кроме пластиков существует много других полимеров (резины, биополимеры, неорганические полимеры и т.д.). Можно сказать, что все пластики – полимеры, но не все полимеры – пластики. Как правило, пластики отличают по поведению материала под нагрузкой, а, также, по их реологическим свойствам и поведению в расплаве.

Изделия из полимеров получают путем химической реакции в больших реакторах при высокой температуре и под давлением. Обычно, полимер содержит добавки, которые позволяют контролировать процесс переработки материала в изделие, получить нужную длину полимерной цепи и необходимые свойства изделия.

Полимеры характеризуются многообразием свойств – химических и физических, механических  и тепловых, оптических и электрических, и т.д.

Большинство свойств может изменяться в широких пределах, благодаря добавкам, армированию, различным требованиям к качеству и по другим причинам. Точный состав материала, определяющий его свойства, является «ноу-хау» производителя.

В настоящее время существуют мировые и отечественные стандарты, определяющие набор физико-химических и эксплуатационных свойств материала и качество продукции.

Наибольший интерес обычно представляют следующие свойства материала:

1. Физические свойства

  • плотность,
  • усадка при литье

2. Механические свойства

  • Прочность (на растяжение и изгиб)
  • Модуль упругости
  • Удлинение
  • Твердость
  • Ударная прочность

3. Тепловые свойства

  • Температура изгиба под нагрузкой
  • Температура размягчения по Вика
  • Температура стеклования
  • Коэффициент линейного расширения

4. Условия переработки

  • Показатель текучести расплава
  • Температура плавления
  • Метод переработки

5. Оптические свойства

  • Светопропускание
  • Коэффициент отражения

6. Электрические свойства

  • Поверхностное и объемное сопротивление
  • Диэлектрическая постоянная
  • Тангенс диэлектрических потерь

7. Эксплуатационные свойства

  • Хемостойкость
  • УФ-стабильность
  • Стойкость к горению
  • Кислородный индекс
  • Водопоглощение

8. Морфология

  • Кристалличность
  • Ориентация
  • Состав (добавки, наполнение, армирование)

Выбор материала – это компромисс между качеством изделия, определяемым свойствами материала, и его ценой. Наиболее дешевыми являются материалы, так называемого общего назначения, требования к которым ограничиваются базовыми свойствами полимера.

Поэтому прежде всего следует выбрать группу полимеров, которые удовлетворяют вашим требованиям к базовым свойствам, а затем определиться со специфическими свойствами материала, исходя из интересующей вас области применения.

Выбирая группу материалов или материал внутри одной группы, вы, соответственно, в большей или меньшей степени, жертвуете одними свойствами в пользу других. Этого можно избежать путем введения добавок и/или армирования, призванных улучшить ряд свойств полимера при сохранении других, однако, такая модификация приводит к удорожанию материала. 

Аморфные термопласты

Аморфные термопласты характеризуются жесткостью, термостойкостью, устойчивостью к внешним механическим воздействиям (образованию трещин, царапин и т.п.), отсутствием взаимодействия с водой, слабыми растворами электролитов, спиртами, большинством масел и жиров.

 Специфические свойства

Наиболее широко варьируются свойства материалов на основе АБС-пластика: с помощью различных добавок, а, также, сополимеризацией с поликарбонатом и полиамидом можно получить композиции повышенной ударной прочности (включая сверхпрочные) и термостойкости, пригодные для гальванического покрытия. Материалы на основе АБС-пластика непрозрачны и имеют относительно низкие электроизоляционные характеристики. Для получения прозрачной модификации  АБС-пластика используют сополимер метилметакрилата с акрилонитрилом и бутадиен/стиролом.

Другие прозрачные материалы выпускаются на основе поликарбоната, полистирола, ПММА и САН. Из них поликарбонат характеризуется наивысшей плотностью, твердостью и светостойкостью, ударной прочностью и стабильностью свойств и размеров в широком диапазоне температур. Материалы на основе ПММА обладают исключительной устойчивостью к различным внешним условиям и их изменению. Полистирол является прекрасным диэлектриком, хорошо работающим при низких и высоких частотах

Материалы на основе САН характеризуются повышенной ударной прочностью по сравнению с полистиролом.

Наиболее масло- и жиростойким из аморфных термопластов является материал на основе АСА.

 Применение

Аморфные термопласты предназначены для использования в машиностроении, строительстве, легкой промышленности и других отраслях народного хозяйства:

·АБС-пластики — в бытовых приборах (компьютеры, мониторы, принтеры, копировальные и факсимильные машины, холодильники), сантехнике, галантерее (чемоданы), автомобилестроении.

·Полистирол – в медицине, светотехнике, в бытовых приборах и одноразовой посуде.

·Поликарбонат – в качестве прозрачных, ударостойких изделий в электро- и оргтехнике (жидкокристаллические дисплеи), приборостроении.

·АБС-ПК сополимер – в автомобильной и авиа промышленности (сопутствующие детали), средствах телекоммуникации (корпуса мобильных телефонов).

·ПММА – в медицине (контактные линзы), авиапромышленности (авиационное стекло), светотехнике.

·САН – в строительстве (оконные стекла), приборостроении (дисплеи), бытовых проборах.

·АСА – в изделиях, предназначенных для контакта со смазочными материалами.

 Кристаллические полиолефины

Кристаллические полиолефины (полиэтилен и полипропилен) отличаются гидрофобностью, высокой химической стойкостью, радиационностойкостью, морозостойкостью, сравнительной дешевизной и технологичностью.

 Специфические свойства

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) инертен к физиологическим и пищевым продуктам (кроме жиров), является прекрасным электроизоляционным материалом.

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) имеет более высокие по сравнению с ПЭВД прочностные показатели: теплостойкость, жесткость и твердость, хорошо сваривается. Наличие катализатора не позволяет использовать его в контакте с пищевыми продуктами, а, также, несколько ухудшает высокочастотные электрические характеристики.

Полипропилен обладает наилучшей хемостойкостью и характеризуется хорошими электроизоляционными характеристиками, есть марки, допущенные к контакту с пищевыми продуктами. К сравнительным недостаткам полипропилена относят более низкую, чем у полиэтилена морозостойкость.

 Применение

·        ПЭВД – пленки для упаковки и потребностей сельского хозяйства, тара и изделия культурно-бытового и медицинского назначения

·        ПЭНД – тара, листы, трубы, ориентированные ленты и другие изделия технического назначения

·        Полипропилен – в медицине, пищевой промышленности, электротехнике (в т.ч. для производства конденсаторных пленок).

 Кристаллические полиэфиры

Полиформальдегид (полиацеталь, ПОМ) – простой полиэфир, полукристаллический термопласт, обладающий высокой жесткостью, твердостью, термо- и износостойкостью, хорошо выдерживающий статические, ударные и знакопеременные нагрузки в широком диапазоне температур. Свойства и размеры стабильны и мало зависят от влажности окружающей среды вследствие низкого водопоглощения

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) – сложный полиэфир, характеризуемый низким водопоглощением. Как инженерный пластик используется закристаллизованный ПЭТФ, получаемый при медленном охлаждении (при быстром охлаждении получается аморфный полимер с прозрачностью более 90%). Кристаллический ПЭТФ обладает высокой прочностью (в т.ч. при ударных нагрузках), жесткостью в широком интервале температур, высокими диэлектрическими характеристиками.

Полибутилентерефталат (ПБТ) – сложный полиэфир, близкий по химической структуре к ПЭТФ, но отличающийся меньшей кристалличностью, плотностью и, как следствие — меньшей усадкой при литье и водопоглощением (менее 0.1%). Материал характеризуется    жесткостью, ударопрочностью, термостойкостью и геометрической стабильностью. Выпускается различной вязкости, неармированный (прозрачность – до 90%) и стеклонаполненный, является хорошим антифрикционным материалом

Применение

·        Полиформальдегид — точные детали, длительное время работающие под нагрузкой (рычаги, кулачки и т.д.)

·        ПЭТФ – тонкие конденсаторные пленки и детали электротехнического назначения

·        ПБТ — корпусные и электротехнические детали. Материал пригоден для лазерной печати без специальных добавок. Последние рекомендуется использовать для увеличения контрастности.

Полиамиды

Комплекс базовых свойств полиамидов определяется концентрацией водородных связей на единицу длины макромолекулы, которая увеличивается в ряду ПА-12, ПА-610, ПА-6, ПА-66. Увеличение данной концентрации обуславливает большую температуру плавления и стеклования материала. Соответственно, в этом ряду возрастают механические (прочностные) характеристики, теплостойкость, растворимость в полярных растворителях, водопоглощение. Диэлектрические характеристики, стабильность свойств и размеров уменьшаются. Полиамиды обладают высокой прочностью и ударной вязкостью в широком диапазоне температур. Они – хорошие антифрикционные материалы, причем антифрикционность легко повышается введением специальных добавок при сохранении базовых свойств. Основным недостатком полиамидов является относительно большое водопоглощение. Они не являются хорошими диэлектриками, нестойки к УФ-излучению, горючи.

Армирование полиамидов стекловолокном, стеклянными шариками или минеральными наполнителями и/или введение различных добавок (антипирены, свето- и термо стабилизаторы, модификаторы ударной вязкости, гидрофобные добавки, препятствующие гидролизу и др.) позволяют изменять базовые свойства  композиций в широких пределах, добиваясь существенного улучшения механических свойств изделий, их свето- и термостойкости, ударной прочности, снижения водопоглощения и т.д.

Специфические свойства

Неармированные полиамиды различаются по вязкости (низкой, средней и высокой). Они являются теми немногими, в настоящее время, термопластами, в которых негалогеновые экологические чистые антипирены нашли успешное применение. В стеклонаполненных полиамидах, как правило, используются галогеновые антипирены.

Минералонаполненные композиции обладают повышенной ударопрочностью и, как правило, не требуют введения модификаторов ударной вязкости.

Применение

·        Машиностроение, в т.ч. автомобильная промышленность (основания замков двери и багажника, элементы облицовки, рабочие органы насосов, подшипники)

·        Товары повседневного спроса (колеса для мебели, спортивный инвентарь)

·        Приборостроение, электротехника (низковязкие, трудно горючие материалы)

·        Текстильная промышленность (бегунки, ролики)

Армированные термопласты

С помощью армирования достигается уникальный набор свойств материала: устойчивая геометрия изделия, жесткость, прочность, термостойкость, ударная прочность, устойчивость к внешним механическим воздействиям (образованию трещин, царапин и т.п.), инертность по отношению к воде, слабым растворам электролитов, спиртам, маслам и смазочным материалам. Основными армирующими компонентами являются стекловолокно или стеклошарики, минералы (тальк, мел, каолин). В армированных (или композиционных) материалах, полимер является матрицей, а другой (другие) компонент определенным образом распределен  и отделен от матрицы границей раздела. Таким образом достигается улучшение свойств материала при сохранении базовых свойств матрицы.

Специфические свойства и  применение

Наиболее кардинально армирование изменяет свойства и расширяет диапазон применения таких термопластов, как полипропилен, полистирол и САН. Например, улучшая механические свойства полистирола и САН (придавая им ударную прочность) можно сохранить их прекрасные диэлектрические свойства. Армированные полистирол и САН применяются в бытовых приборах (телевизоры, принтеры). Материалы на основе полипропилена применяются в электротехнике (конденсаторы), автомобильной промышленности (приборная доска, элементы внутренней отделки), других отраслях машиностроения.

Общепринятые сокращения

Полимеры обычно узнают как по их полному названию, так и по сокращению. Коммерческие материалы, также, имеют торговую марку, которая, как правило, объединяет материалы близкие по базовым свойствам. Ниже приведены сокращения для некоторых полимеров:

  • АБС-пластик – акрилонитрил-бутадиен-стирольный терполимер
  • АСА – сополимер акрилонитрила, стирола и акрилата
  • ПА – полиамид
  • ПАН – полиакрилонитрил
  • ПБТФ (ПБТ) – полибутилтерефталат
  • ПВА — поливинилацетат
  • ПВХ – поливинилхлорид
  • ПИ — полиимид
  • ПК – поликарбонат
  • ПММА – полиметилметакрилат
  • ПП – полипропилен
  • ПС – полистирол
  • ПТФЭ – политетрафторэтилен (тефлон)
  • ПУ — полиуретан
  • ПФ – полиформальдегид (или полиметилен оксид)
  • ПФС – полифениленсульфид
  • ПЭ — полиэтилен, различаемый как
  • ПЭВД (ПЭНП) – полиэтилен высокого давления (низкой плотности)
  • ПЭНД (ПЭВП) – полиэтилен низкого давления (высокой плотности)
  • ПЭТ(Ф) – полиэтилентерефталат
  • САН – сополимер стирола и акрилонитрила.

Материал с сайта

http://www.kompamid.ru/rus/howto.php

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.