Неорганические полимеры

Характеристики неорганических полимеров

При создании полимерных материалов за основу качеств конечного продукта берут:

• гибкость и эластичность;
• прочность на сжатие, кручение, разрыв;
• агрегатное состояние; температурная стойкость;
• электропроводность;
• способность пропускать свет и т.д.

при изготовлении берут чистое вещество, подвергают его специфическим процессам полимеризации, и на выходе получают синтетические (неорганические) полимеры, которые:

1. Выдерживают запредельные температуры.
2. Способны принимать изначальную форму после деформации под действием внешних механических сил.
3. Становятся стеклообразными при нагревании до критической температуры.
4. Способны менять структуру при переходе от объемной к плоскостной, чем обеспечивается вязкость.

Способность преобразовываться используется при формовом литье. После остывания неорганические полимеры твердеют, и приобретают также различные качества от прочного твердого до гибкого, эластичного. При этом обеспечивается экологическая безопасность, чем не может похвастаться обычный пластик. Полимерные материалы не вступают в реакцию с кислородом, а прочные связи исключают высвобождение молекул.

Виды неорганических полимеров

Асбест — один из самых распространенных полимеров. По своей структуре это тонковолоконный материал – силикат. В своем составе он включает молекулы железа, магния, кальция и натрия. Производство этого полимера относится к числу вредных для человека, но изделия из него абсолютно безопасны.

Силикон также нашел свое применение благодаря тому, что по многим характеристикам превосходит природный каучук. Прочность и эластичность обеспечивает соединение кислорода и кремния. Полисиликонсан выдерживает механические, температурные, деформационные воздействие. При этом форма и структура остается неизменной.

Карбин пришел на смену алмазу. Он также прочен, что необходимо во многих отраслях промышленности. Для этого полимера характерна способность выдерживать температуру до 5 000 ºC. Особенность – увеличение электропроводности под воздействием световых волн.

Графит известен всем, кто когда-либо брал в руки карандаш. Особенность углеводородистых полимеров – плоскостная структура. Они проводят электрические разряды, тепло, но полностью поглощают световую волну.

Также производятся полимеры, в основе которых применен селен, бор и другие элементы, что обеспечивает разнообразие характеристик.

Клеи

Классификация клеев. Клей — это композиция на основе полимерных или природных материалов, присадочный материал, применяемый для получения прочных неразъемных соединений. Соединение деталей производят путем нанесения клея на соприкасающиеся поверхности деталей, конструкций и изделий из различных материалов (древесины и полуфабрикатных изделий из нее, картона, пластиков, пластмасс, тканей и других материалов, в том числе металлов и их сплавов).

Клеи классифицируют по различным признакам. По источнику сырья различают клеи:

• животного происхождения (органические, белковые) — глютиновые (мездровые, костные, рыбные), альбуминовые, казеиновые;
• растительные — каучуковые, на основе масличных и белковых растений, декстрина (модифицированного крахмала) и натурального крахмала;
• природные — асфальтовые, битумные, силикатные;
• синтетические — карбамидные, фенолформальдегидные, поливинилацетатные (ПВА), резольные, мочевинные и специальные.

По виду (форме) клеевого материала клеи подразделяют:

• на твердые (плитко- и крошкообразные);
• порошкообразные (мелкая бело-желтая мука, мелкая стружка, лапша);
• пастообразные (замазки, пасты, клеевые массы);
• полужидкие;
• жидкие;
• пленкообразные.

По способу отверждения клеи подразделяют на клеи холодного отверждения при температуре 18 … 20 °С и горячего отверждения при температуре свыше 80 °С (под гидравлическим горячим прессом).

По стойкости (обратимости) клеевой массы (шва) различают клеи:

• вторично обратимые (термопластичные);
• вторично необратимые (термореактивные);
• вторично растворимые в воде при температуре 50 … 70 °С;
• вторично нерастворимые и необратимые при любых условиях.

Свойства и требования к клеям. С целью образования прочного соединения клеевого шва все группы и марки клеев должны обладать следующими свойствами:

• адгезия (прилипаемость) к склеиваемым поверхностям;
• когезия (образование монолитности в сочетании с прилипаемостью и пластичностью);
• жесткость клееной конструкции;
• прочность (в том числе склеиваемого шва);
• пластичность;
• диффузионная способность (при склеивании металлов и материалов, имеющих атомно-кристаллическое строение);
• водо-, атмосферо-, влаго- и кислотостойкость;
• схватываемость (отверждение);
• проницаемость (в поры древесины);
• тепло- и хладостойкость;
• неплавкость;
• нерастворимость;
• рабочая (долговременная) стойкость, или клеящая работоспособность (жизнеспособность);
• долговременная сохранность и др.

Клеи для склеивания металла, абразивов и фрикционных изделий. Для склеивания металлических конструкций (приборы, часовые механизмы, точное машиностроение, авиа-, ракето-, авто-, судо- и вагоностроение, абразивы и фрикционные изделия) применяется большая группа клеев:

• фенолформальдегидные и резорцинформальдегидные (модифицированные) клеи и смолы;
• универсальные клеи на основе полиуретановых, эпоксидных и других смол: полиамидной, акриловой, перхлорвиниловой;
• клеи на основе натурального и синтетического каучука.

Из этих видов клеев самым известным и широкоприменяемым является клей группы БФ (фенолополиацетатный). Кроме того, также широко применяется клей резиновый группы 88 марок 88Н, 88НП, 88НП-35, 88НП-43 и 88НП-130. Эти клеи относятся к группе универсальных. Ими можно склеивать различные по своей природе и химическому составу материалы. Например, к черным и цветным металлам и их сплавам можно приклеивать древесину, стекло, резину, пластмассы, текстолит, гетинакс и другие материалы, получая при этом прочные конструкции.

Для склеивания металлов (сталь + сталь, алюминий + алюминий и др.) применяется большая группа клеев холодного отверждения (цианакрилатный с добавками и без них, полиакрилатный, модифицированный полиакрилатный, эпоксидный с катализатором и др.). Способ склеивания — контактный. Рабочая температура — 55 … 150 °С (в зависимости от марки). Способ нанесения клея — шпателем, выдавливание из туба или с помощью аппликатора. Применяется для склеивания различных металлических конструкций (в том числе и на конвейере), от которых требуется высокая стойкость к ударным и знакопеременным нагрузкам.

Замазки. Замазки — это присадочный материал, применяемый для крепления деталей и конструкций, создания герметичности и плотности различных вакуумных и гидравлических систем и приборов. Замазки применяются в машиностроении, приборостроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Кроме того, производится большая группа специальных замазок: водо-, газо-, кислото-, теплостойких, широко применяемых в машиностроении, приборостроении, в системе различных трубопроводов, строительстве и быту.

Основные характеристики

На сегодняшний день существует множество видов неорганических полимеров, как природных, так и синтетических, которые обладают различными составом, свойствами, сферой применения и агрегатного состояния.

Современный уровень развития химической промышленности позволяет производить неорганические полимеры в больших объемах. Чтобы получить такой материал нужно создать условия повышенного давления и высокой температуры. Сырьем для производства выступает чистое вещество, которое поддается процессу полимеризации.

Полимеры бора

Неорганические полимеры характерны тем, что обладают повышенной прочностью, гибкостью, тяжело поддаются воздействию химических веществ и устойчивы к высоким температурам. Но некоторые виды могут быть хрупкими и не обладать эластичностью, но при этом достаточно прочными. Наиболее известными из них считаются графит, керамика, асбест, минеральное стекло, слюда, кварц и алмаз.

Наиболее распространенные полимеры в основе имеют цепочки таких элементов, как кремний и алюминий. Это связано с распространенностью этих элементов в природе, особенно кремния. Наиболее известные среди них такие неорганические полимеры как силикаты и алюмосиликаты.

Свойства и характеристики разнятся не только в зависимости от химического состава полимера, но и от молекулярной массы, степени полимеризации, строения атомной структуры и полидисперсности.

Большинство неорганических соединений характеризуются такими показателями:

1. Эластичность. Такая характеристика, как эластичность, показывает возможность материала увеличится в размерах под воздействием сторонней силы и вернутся в изначальное состояние после снятия нагрузки. Например, каучук способен увеличиться в семь-восемь раз без изменения структуры и различных повреждений. Возврат формы и размеров возможен благодаря сохранению расположения макромолекул в составе, перемещаются лишь отдельные их сегменты.
2. Кристаллическая структура. От расположения в пространстве составных элементов, что называется кристаллической структурой, и их взаимодействия зависят свойства и особенности материала. Исходя из этих параметров, полимеры разделяют на кристаллические и аморфные.

Кристаллические имеют стабильную структуру, в которой соблюдается определенное расположение макромолекул. Аморфные состоят из макромолекул ближнего порядка, которые только в отдельных зонах имеют стабильную структуру.

Структура и степень кристаллизации зависит от нескольких факторов, таких как температура кристаллизации, молекулярная масса и концентрированность раствора полимера.

1. Стеклообразность. Это свойство характерно для аморфных полимеров, которые при снижении температуры или повышении давления обретают стеклообразную структуру. В таком случае прекращается тепловое движение макромолекул. Температурные интервалы, при которых происходит процесс стеклообразования, зависит от типа полимера, его структуры и свойств структурных элементов.
2. Вязкотекучее состояние. Это свойство, при котором происходят необратимые изменения формы и объема материала под воздействием сторонних сил. В вязотекущем состоянии структурные элементы перемещаются в линейном направлении, что становится причиной изменения его формы.

Строение неорганических полимеров

Такое свойство очень важно в некоторых сферах промышленности. Наиболее часто его используют при переработки термопластов с помощью таких методов как литье под давлением, экструзия, вакуум-формирования и других

При этом полимер расплавляется при повышенных температурах и высоком давлении.

Применение

Неорганические полимеры применяются практически во всех сферах нашей жизни. В зависимости от вида, они обладают различными свойствами. Главная их особенность в том, что искусственные материалы обладают улучшенными свойствами в сравнении с органическими материалами.

Асбест применяется в различных сферах, в основном, в строительстве. Из смесей цемента с асбестом производят шифер и различные типы труб. Также асбест применяют для снижения кислотного влияния. В легкой промышленности асбест применяется для пошива противопожарных костюмов.

Асбест

Силикон применяется в различных сферах. Из него производят трубки для химической промышленной, элементы, используемые в пищевой промышленности, а также используют в строительстве в качестве герметика.

Алмаз наиболее известен как ювелирный материал. Он очень дорогой благодаря своей красоте и сложности добычи. Но алмазы также используются в промышленности. Это материал необходим в режущих устройствах для распила очень прочных материалов. Он может использоваться в чистом виде как резец или в виде напыления на режущие элементы.

Графит широко используется в различных сферах, из него делают карандаши, он применяется в машиностроении, в атомной промышленности и в виде графитовых стержней.

Полимеры бора используются для производства абразивных материалов, режущих элементов и . Инструменты из такого материала необходимы для обработки металла.

Карбид селена применяется для производства горного хрусталя. Его получают путем нагрева до 2000 градусов кварцевого песка и угля. Хрусталь используют для производства высококачественной посуды и предметов интерьера.

Особые свойства, применяемые человеком

Суть в том, что в результате синтеза образуются макромолекулы объемного (трехмерного) типа. Прочность обеспечивается сильными связями и структурой. Как химический элемент неорганические полимеры ведут себя аморфно, и не вступают в реакцию с другими элементами и соединениями. Это особенность позволяет использовать их в химической промышленности, медицине, при производстве продуктов питания.

Термическая стойкость превышает все показатели, которыми обладают природные материалы. Если волокна используются для формирования армированного каркаса, то такая конструкция выдерживает на воздухе температуру до 220 градусов. А ели речь идет о борном материале, то предел температурной прочности поднимается до 650 градусов. Именно поэтому полеты в космос без полимерсан были бы невозможными.

Но это если говорить о качествах, превосходящих природные. Те же изделия, которые изготовлены из этих соединений, которые похожи по качеству к натуральным, имеют особое значение для человека. Это дает возможность снизить стоимость одежды, заменив, например, кожу. При этом внешних отличий практически нет.

В медицине на неорганические полимеры возлагаются особые надежды. Их этих материалов планируется изготавливать искусственные ткани и органы, протезы и т.д. Химическая устойчивость позволяет обрабатывать изделия активными веществами, что обеспечивает стерильность. Инструмент становится долговечным, полезным и безопасным для человека.

Так, интерьер, созданный с применением полимерных материалов пожарно безопасен. Большинство макромолекул формируют предметы, которые не горят, не плавятся, а значит, при нагревании не выделяют угарный газ. А те, которые имеют малый вес незаменимы в авиастроении, тем более, что они прочнее и дешевле натуральных.

По сей день учеными ведутся работы по созданию новых полимерных материалов. А те, которые уже применяются, требуют изучения. Свойства некоторых из них до конца не раскрыты. Разработка самой методологии – очередной шаг прогресса. Цель создателей – улучшить качества изделий, и сделать жизнь человека более комфортной.

Рейтинг: /5 —
голосов

Сфера применения

Полимеры отличаются огромным разнообразием. С каждым годом ученые разрабатывают новые технологии, которые позволяют производить материалы с различными качественными показателями. И сейчас полимеры встречаются как в промышленности, так и в быту. Ни одно строительство не обходится без асбеста. Он присутствует в составе шифера, специальных труб и т.д. В качестве вяжущего элемента применяется цемент.

Силикон – отличный герметик, используемый строителями. Автостроение, производство промышленного оборудования, товаров народного потребления основано на полимерах, которые позволяют добиться высокой прочности, долговечности, герметичности.

А возвращаясь к асбесту, нельзя не упомянуть, что способность удерживать тепло позволило создать костюмы для пожарных.

Говоря об алмазах, принято отождествлять их с бриллиантами (обработанными алмазами). Некоторые неорганические полимеры не уступают этому природному кристаллу, что необходимо в различных промышленных сферах, и при производстве бриллиантов, в том числе. В виде крошки этот материал наносится на режущие кромки. В итоге получаются резцы, способные разрезать что угодно. Это отличный абразив, применяемый при шлифовании. Эльбор, боразон, киборит, кингсонгит, кубонит относятся к сверхпрочным соединениям.

Если требуется обработать металл или камень, применяются неорганические полимеры, изготовленные методом синтеза бора. Любой шлифовальный круг, продаваемый в строительных супермаркетах, имеет в своем составе этот материал. Для производства декоративных элементов используется, например, карбид селена. Из него получается аналог горного хрусталя. Но и этим перечень достоинств и список сфер применения не ограничен.

Фосфорнитридхлориды образуются при соединении фосфора, азота и хлора. Свойства могут меняться, и зависят от массы. Когда она велика, образуется аналог природного каучука. Только теперь он выдерживает температуру до 350 градусов. Под действием органических соединений реакций не наблюдается. А в допустимом температурном диапазоне свойства изделий не меняются.