Что такое полимерные материалы, основные виды, категории изделий

Термин «полимер», обозначающий синтетическое вещество, охватывает группу разных по химическому составу материалов. Из полимерного сырья производят различную продукцию. Она встречается в повседневном быту и на производстве. В состав пластика, помимо синтетических ингредиентов, входят и натуральные вещества.

Главные физические параметры полимерных материалов

Структура материала формируется на основе высокомолекулярных химических соединений, цепочки которых повторяются с заданной периодичностью. Наиболее распространенным полимером признан каучук, резина, обладающая высоким показателем эластичности и повышенной стойкостью к механическим воздействиям.

Другие качественные показатели полимерных материалов:

Высокий уровень термоизоляции. Если нагревать металлический предмет с пластиковыми элементами, то железо быстро станет горячим, тогда как пластик сохранит свою обычную температуру;
Линейное расширение, которое определяется высоким показателем температурного коэффициента. При одинаковом нагревании молекулярная структура полимера увеличит линейный размер пластика в 70-200 раз больше, чем это характерно для металлов;
Высокая гибкость. Благодаря эластичности, полимер можно наносить тонким слоем на твердые поверхности, тем самым изолируя их от повреждений или окисления;
Порог прочности пластика ниже, чем у металлов. Чтобы повысить этот показатель, в полимер добавляют специальные добавки. Это расширяет перечень материалов из пластика;
При выборе сырья для производства изделий разработчики учитывают коэффициент нагрева пластика. Оптимально приемлемый тепловой порог находится на уровне до + 80 ° С. При низком показателе теплостойкости уровень прочности изделий понижается;
Быстрая воспламеняемость. При горении полимеры выделяют токсичные газы;
Низкий коэффициент трения обеспечивает высокий уровень защищенности пластиковых поверхностей от царапин, сколов;
Электрическая изоляция. Пластик не проводит ток, и это делает его незаменимым при производстве электроинструмента;
Высокая сопротивляемость к деформационным нагрузкам, способность восстановления первично заданной формы.

Классификация полимерных материалов

Современное химическое производство предлагает несколько десятков разновидностей полимерной продукции. Марки сырья зависят от химического состава, агрегатного состояния вещества, функциональных качеств.

К таким относятся:

Синтетические материалы. Наиболее востребованные и распространенные в производственной сфере. Универсальность и особенность такого пластика стала возможной за чет смешивания различных ингредиентов в основном составе;
Искусственные. Это ряд изделий бытового назначения;
Естественные полимеры биологического происхождения.

Разделение полимеров по агрегатному состоянию

Свойства, которые проявляются в результате температурного и деформационного воздействия:

Эластичность. Обеспечивает неограниченные возможности для применения в строительстве, производстве резиновых изделий;
Твердость. Используется в производстве бытовой техники, мебели, оборудования;
Жидкие субстанции. Обеспечивают производство лакокрасочных изделий, монтажных пен, герметиков;
Структурность. Макромолекулярный состав полимера бывает: разветвленным, сетчатым, линейным, ленточным, плоским, гребнеобразным.

Классификация полимерных материалов по критерию полярности

На структуру материала влияют заряды положительной и отрицательной полярности, от которых зависит растворимость при взаимодействии с различными веществами.

Полимеризация

Данный процесс обозначает образование полимерных материалов с помощью синтеза веществ с низкомолекулярной структурой, взаимодействующих с молекулами активного центра, находящегося в конце цепной конструкции.

Поликонденсация

При сравнении с предыдущим процессом, в данном случае, образование полимера происходит в результате слияния молекулярных частиц ступенчатым способом. При создании нового высокомолекулярного соединения происходит уничтожение некоторых элементов, которое сопровождается выделением воды, хлора или водорода.

Полиприсоединение

Это процесс, при котором создание синтетического вещества осуществляется через многократное соединение мономерных элементов цепи в крупную мономолекулу без выделения сопутствующих веществ. Реакция происходит под воздействием растворителей в азотной среде.

Источники сырьевых ресурсов

Полимерные материалы состоят из группы атомов одного типа, служащих основой для синтеза высокомолекулярных веществ. Для производства преимущественно используются продукты переработки добываемых углеродов природного происхождения. Второй способ основан на переработке отходов и вторичного сырья.

Материалы

Синтетика показывает плохую переносимость высокотемпературного воздействия. Вещество склонно к воспламенению и тлению с выделением токсичных веществ. Чтобы это предотвратить, исследователи разрабатывают материал путем экспериментального добавления различных примесей. Для синтеза используется хлор или бром. Получаемое сырье обладает галогенизирующими свойствами, после чего сгораемый пластик выделяет газ, повышающий коррозийность металла.

На основе примеров можно проследить, что следует считать полимерными материалами:

Полиэтилен. Пленка, различающаяся по типам низкого или высокого давления. Материал имеет одинаковый состав, но различную молекулярную структуру;
Пропилен. Материал характеризуется легкостью, широким функциональным потенциалом, эластичностью, прочностью и влагонепроницаемостью. Пригоден для производства труб для прогона горячих и холодных жидкостей. Пластиковые изделия не подвержены коррозии, не теряют формы при нагрузках динамического или статического характера;
Поливинилхлорид. Материал, который широко применялся в средине прошлого века, но из-за хрупкости и вредности, которая проявляется в выделении диоксина во время горения, вытеснен более усовершенствованными разновидностями пластика;
Полиолефин. Наиболее распространенная разновидность пластика, в состав которого входят полиэтилен и полипропилен. Материал не усаживается, не рвется, не нагревается, при утилизации не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.

Разновидности по температурному признаку

В зависимости от реакции на тепло, высокомолекулярные соединения проявляют следующие признаки:

Термопластичность. Затвердевание при охлаждении и размягчение при нагреве;
Термореактивность. Показатель разрушения связующих звеньев при нагревании.

Типичные примеры использования изделий из полимерных материалов

строительные материалы;
отделка и детали в различных видах транспорта;
медицинское оборудование;
составные элементы бытовой техники;
детали и конструкции, используемые в сельском хозяйстве;
продукция легкой промышленности.

При обустройстве жилых объектов недвижимости из полимерных материалов применяются материалы для обшивки и теплоизоляции. Основным материалом для изготовления окон, дверей также служит долговечный пластик. Все строительные инструменты изготавливаются с использованием полимеров.

Пластик обладает хорошими декоративными качествами, поэтому его используют для изготовления внутренних и наружных элементов украшения, сеток, перегородок, изгородей. Благодаря легкости, прочности, эластичности, стойкости к коррозии и ценовой доступности, из полимерного сырья изготавливается большинство предметов для бытового пользования.

Из пластика выгодно изготавливать сантехнику, ёмкости, плавсредства, инвентарь для отдыха и работы. В садово-огородном хозяйстве популярен геотекстиль, влагонепроницаемые и мембранные пленки. Каркасные сооружения также собираются из деталей, изготовленных из пластика, которому не страшна коррозия и ультрафиолетовое влияние.

Структура материала

От того, на основе каких молекулярных соединений создаются полимеры, зависят свойства и технические характеристики изготавливаемых изделий. По молекулярному строению пластик бывает:

Линейным. Макромолекулы выстроены в длинные цепи спиральной или зубчатой комбинации. Материал характеризуется чрезвычайной гибкостью, что положительно влияет на эластичность и прочность материала, который не боится механических ударов и не раскалывается;
Лестничным. Микромолекулы выстроены парами длинных цепей. Они создают основу жестких материалов, стойких к высоким температурам. Дополнительным преимуществом является то, что полимеры данного типа не подвержены разложению под влиянием растворителей органического происхождения;
Пространственным. Цепи молекул соединены между собой перемычками. Синтез происходит под воздействием мочевины с формальдегидом. В результате создается структура неоднородного типа с пространственной сеткой. Сырье используется для образования жестких конструкционных продуктов;
Линейно-разветвленный. Для структуры данного полимера характерно то, что от основной молекулярной линии расходятся многочисленные ответвления различной длины. Материал с данной структурой является наиболее прочным. Он используется для производства полиэтилена, полистирола, ПВХ.

Возможности применения полимерных материалов

Промышленность. Сначала из отходов нефтепереработки и целлюлозы получали пленочные изделия и краски. Теперь сфера производственных возможностей с пластиком не имеет ограничений, начиная с детских игрушек, и заканчивая компьютерной техникой. На основе полипропилена создаются летающие устройства, где наиболее важными критериями являются прочность и легкость материала.

Изделия бытового назначения. Материалы с высокомолекулярной структурой используются чаще, чем изделия из натуральных компонентов. Они обладают эластичностью, ударопрочностью. Недорогие изделия соответствуют санитарным требованиям безвредности.

В перечень повседневно используемых вещей можно отнести следующие:

изделия из пластмассы для личного ухода: зубные щётки, мыльницы, расчески и т.д. ;
предметы, необходимые на кухне;
одноразовые вещи;
пленки, пакеты, упаковка;
сантехнические материалы, инструменты;
химия бытового назначения;
корпусные детали бытовой техники;
защитная одежда, обувь, чулки из капрона.

Изделия строительного назначения

За последние полвека строительные материалы из пластмассы значительно потеснили изделия натурального происхождения, которые раньше были традиционными.

Использование полимеров на стройке возможно в качестве:

материалов для отделки потолков, стен;
каркасных, ограждающих конструкций, арматуры, балок, добавок в бетонные смеси, оконных рам, дверей;
утеплительных материалов, герметиков для заделывания проемов или щелей;
сантехнических труб, оборудования, систем отопления и вентиляции;
технических тканей, пленок;
наливных идеально гладких напольных покрытий без образования трещин, воздушных пузырьков, вмятин;
конвейерных роликов, колес для тележек.

В медицине из пластика используются тысячи номенклатурных наименований, в списке которых представлены:

шприцы одноразового применения;
инструменты для хирургических операций;
материалы стоматологического назначения;
пакеты для хранения донорской крови, органов, плазмы;
расходные материалы, протезы, клеящие вещества;
оборудование и реквизит для хозяйственных мероприятий;
предметы оптики.

Использование пластиковой продукции в сельскохозяйственной деятельности

В первую очередь – это комплектующие детали для сооружения теплиц. Для их сборки используется полипропиленовая арматура, металлические трубки, покрытые поликарбонатом. Для ухода за растениями потребуются ткани и плёнки для мульчирования. Для организации полива потребуются пластиковые шланги, трубки и фитинги, которые намного практичнее и дешевле металлических аналогов.

Особенности использования пластика в пищевой промышленности

Главное требование к любым видам оборудования, которое используется для приготовления продуктов питания, заключается в соответствии правилам санитарного контроля. В первую очередь обращается внимание на материалы, из которых оно изготовлено. Большинство изделий, предназначенных для транспортировки или хранения сырья, а это резервуары, бочки, тара, пластиковые.

Используемый для таких целей материал, должен быть нетоксичным и безвредным по всем параметрам. Благодаря совершенствованию технологий изготовления полимерных изделий, химическая промышленность предоставляет качественный безопасный прочный пластик в неограниченных количествах.