Выбор полимерных материалы и их производство
Полимер – это вещество, которое состоит из повторяющихся цепочек молекул.
Как правило, термин “полимер” применяется для описания пластиков, представляющих собой синтетические полимеры. В природе существуют естественные полимеры - дерево, белки или резина.
Началу изучения полимеров поспособствовали опыты и исследования швейцарского ученого Германа Штаудингера. Его работы в 1920 году стали отправной точкой для последующей работы других ученых с искусственными и естественными полимерами. Им были введены два термина - макромолекула и полимеризация. За это он в 1953 году получил Нобелевскую премию. Полимеризация представляет собой метод создания синтетических полимеров при помощи комбинирования мономеров, маленьких молекул в одну цепочку, которая скрепляется ковалентными связями. Этот процесс вынуждает молекулы связываться с друг другом в пространственной, линейной или разветвленной структуре, что становится причиной их превращения в полимеры.
Выбор полимерного материала представляет собой этап создания пластмассового изделия. Условно, выбор полимерного материала состоит из двух этапов:
- Выбор базового полимера.
- Улучшение свойств базового полимера.
Для потребителей изделий из полимерных материалов самыми важными являются их эксплуатационные свойства. По эксплуатационным свойствам все полимеры делятся на:
- Огнестойкие.
- Конструкционные.
- Химически стойкие.
- Теплостойкие.
- Ударопрочные.
- Электроизоляционные.
- Морозостойкие.
- Антифрикционные.
По объему производства все полимерные материалы делятся на мелкотоннажные, крупнотоннажные (объемы производства в мире составляют несколько десятков миллионов тонн), среднетоннажные (мировое производство - несколько миллионов тонн). Цена на готовые полимерные материалы находится в зависимости от объемов их производства. Наиболее доступными являются крупнотоннажные материалы.
Выбор базового полимера и улучшение его эксплуатационных свойств
Базовые полимеры – это полимеры, на основе которых создаются полимерные материалы с расширенными свойствами.
Содержание базовых полимеров во всем объеме полимерного материала обычно составляет 95 %. Полимерные материалы создаются из базовых полимеров при помощи физических и химических методов, а также при помощи изготовления на их основе полимерных композиционных материалов.
Ежегодно растет не только объем производства полимерных материалов, но и их разнообразие, появляются новые материалы с лучшими эксплуатационными характеристиками. Но в тоже время число основных базовых полимеров не меняется, их всего несколько десятков. К основным полимерам, которые используются в качестве базы для изготовления полимерных материалов, относятся: полиэтилен, полистирол, полипропилен, пентапласт, полисульфон, поликарбонат, полиамид, различные фенопласты, аминопласты, этролы и т.п.
Таким образом выбор полимерного материала для изготовления какого-либо изделия представляет собой выбор базового полимера, однако, при этом учитываются способность полимера изменять свои свойства и способность модифицироваться, а также его конструкция, эффективность использования, его технологические возможности, условий эксплуатации готового изделия. Подбор базового полимера основывается на выяснении эксплуатационных характеристик изготавливаемых изделий, к которым относятся химические, механические, физические и прочие.
Большинство научных справочников в области подбора базового полимера предоставляют информацию с точки зрения их химической структуры, а не эксплуатационных характеристик. По химической структуре базовые полимеры могут быть карбоцепные термопластичные, гетероцепные термопластичные, реактопластичные полимерные и т.п. Такое положение значительно затрудняет подбор базового полимера, так как информация о его эксплуатационных характеристика содержится только в разделе, посвященному ему. Более эффективным способом подачи информации о базовых полимерах является подача в виде таблицы, в которой представлена информация о них в зависимости от конкретного свойства.
После выбора базового материала для изготовления полимерного материала - определяют то, на сколько можно улучшить его эксплуатационные характеристики. Данное улучшение можно осуществить при помощи физической или химической модификации или создания на основе базового полимера полимерных композиционных материалов. Благодаря данным способам становится возможным изменение определенных характеристик в достаточно широком диапазоне. Изделия, основой которых являются полимерные материалы, используются в разнообразных областях, что требует от них наличия специальных свойств. С этой целью применяются специальные добавки, пластификаторы, модифицирующие полимеры.
