Полимерные материалы

1.

Центр дистанционного обучения
МАТЕРИАЛЫ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
ФИО преподавателя:
Покровская Марина Владимировна
e-mail: [email protected]
Online-edu.mirea.ru
online.mirea.ru

2.

Центр дистанционного обучения
13
Полимерные
материалы
online.mirea.ru

3.

Центр дистанционного обучения
Определение
«Полимер» обозначает пластик и используется для
изготовления
пластмассовой
продукции
ежедневного
применения.
Полимеры - высокомолекулярные соединения, которые
состоят из большого числа повторяющихся мономерных
звеньев, соединенных между собой химическими связями.
online.mirea.ru

4.

Центр дистанционного обучения
Полимеры
Полимеры — это материалы, состоящие из длинных
повторяющихся цепочек молекул. Они обладают
уникальными свойствами в зависимости от типа
соединяемых молекул и от того, как они соединены.
Гнутся и тянутся
Твердые и жесткие
Резина
Эпоксиды
Полиэстер
Органическое стекло
online.mirea.ru

5.

Центр дистанционного обучения
Исторические факты
• Отцом полимеров считается преподаватель органической
химии из Швейцарской высшей технической школы Цюриха
Герман Штаудингер.
• Его исследования 1920-х гг. проложили путь для
последующей работы, как с естественными, так и с
синтетическими полимерами.
• Он ввел два термина, являющихся ключевыми для понимания
полимеров: полимеризация и макромолекула.
• В 1953 г. Штаудингер получил заслуженную Нобелевскую
премию «за его открытия в поле макромолекулярной химии».
online.mirea.ru

6.

Центр дистанционного обучения
Основные физические свойства
Низкая теплопроводимость.
Высокий показатель температурного коэффициента линейного
расширения, который составляет от 70 до 200 10-6 на один
градус.
Молекулярная структура обладает свойствами увеличивать
линейные размеры в несколько раз больше, чем металл при
одинаковой t.
Благодаря своей гибкости, в последнее время технологи
разработали методику нанесения тонким слоем полимер на
металлические части изделий для защиты их от коррозии.
online.mirea.ru

7.

Центр дистанционного обучения
Основные физические свойства
Предел прочности уступает показателям железа.
Быстро воспламеняется при пожаре, при этом выделяют токсичные
вещества.
Из-за сниженного показателя коэффициента трения на
поверхности не остаются дефекты (царапины, сколы).
Обладает электроизоляционными свойствами.
Не поддается деформации при длительной нагрузке, способен
восстанавливать свою первоначальную форму.
online.mirea.ru

8.

Центр дистанционного обучения
Классификация
В современной промышленности насчитывается несколько
десятков
разновидностей.
Разделение
происходит
по
химическому
составу,
агрегатному
состоянию
и
эксплуатационным качествам.
online.mirea.ru

9.

Центр дистанционного обучения
Классификация полимеров
По происхождению
Синтетические.
Искусственные.
Обладают
исключительными
особенностями изза добавления и
смешивания
различных
веществ.
Природные
(биополимеры).
Являются самыми
востребованными
в производстве.
Изделия из
такого вида
окружают нас в
быту.
online.mirea.ru

10.

Центр дистанционного обучения
Классификация полимеров
По молекулярным соединениям
Органические,
которые
используют для
основания
пластмассовой
продукции.
Комплексные, где
одновременно
применяются
натуральные и
синтетические
вещества.
Неорганические.
online.mirea.ru

11.

Центр дистанционного обучения
Классификация полимеров
По агрегатному состоянию
Эластичный.
Гибкость позволяет
использование при
производстве
строительного
товара (поролон,
силикон).
Твердый.
В этой форме
пластмасса обладает
повышенной
прочностью и
пластичностью.
Жидкий.
На такой основе
изготавливаются
лакокрасочные
материалы,
герметики,
монтажная пена.
online.mirea.ru

12.

Центр дистанционного обучения
Классификация полимеров
разветвленный
линейный
сетчатый
По структуре, на которую
влияет макромолекула
плоский
ленточный
гребнеобразный
online.mirea.ru

13.

Центр дистанционного обучения
Линейные полимеры
• Соединения, в которых мономеры химически инертны по
отношению друг к другу и связаны лишь силами Ван-дерВаальса (силы межмолекулярного (и межатомного)
взаимодействия с энергией 10–20 кДж/моль).
• Термин «линейные» вовсе не обозначает прямолинейное
расположение молекул относительно друг друга. Для них
более характерна зубчатая или спиральная конфигурация, что
придает таким полимерам механическую прочность.
online.mirea.ru

14.

Центр дистанционного обучения
Разветвленные полимеры
• Образованы цепями с боковыми ответвлениями (число
ответвлений и их длина различны).
• Разветвленные полимеры более прочны, чем линейные.
online.mirea.ru

15.

Центр дистанционного обучения
Специфика линейных и
разветвленных полимеров
Термопластичность (полимеры размягчаются при нагревании и вновь затвердевают при
охлаждении). К ним относятся поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол
Связи между молекулами в таких полимерах могут быть разорваны и соединены по новой
Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дерВаальса легко рвутся под действием реагентов.
Если макромолекулы содержат реакционно-способные мономеры, то при нагревании они
соединяются множеством поперечных связей, и полимер приобретает пространственную
структуру. Такие полимеры называют термоактивными, или реактопластами. Они более
твердые и теплостойкие. К этой группе относятся полиэстер, винилэстер и эпоксиды
online.mirea.ru

16.

Центр дистанционного обучения
Классификация полимеров
На конструкцию влияют положительные и отрицательные
заряды, которые определяют характер растворимости в
различных средах:
полярный (гидрофильный)
неполярный (гидрофобный)
смешанный (амфильный)
online.mirea.ru

17.

Центр дистанционного обучения
Классификация полимеров
В зависимости от
реакции получения
полимеризационные
поликонденсационные
online.mirea.ru

18.

Центр дистанционного обучения
Молекулы с несимметрично построенными звеньями являются
дипольными или полярными.
В зависимости от принадлежности полимера к той или другой
группе определяются некоторые свойства материалов.
Полярные полимеры более гигроскопичны; если они диэлектрики, то имеют больший тангенс угла диэлектрических
потерь и большую удельную проводимость, чем неполярные.
online.mirea.ru

19.

Центр дистанционного обучения
Полимеризация
• Полимеризация - это процесс образования полимеров
путем синтеза низкомолекулярных веществ и
присоединения молекул к активному центру, который
находится в конечной точке цепи
• Полимеризация — метод создания синтетических
полимеров путем комбинирования более маленьких
молекул, мономеров, в цепочку, скрепляемую
ковалентными связями.
online.mirea.ru

20.

Центр дистанционного обучения
Поликонденсация
Происходит слияние частиц ступенчатым
методом.
Образуется высокомолекулярное соединение,
где уничтожаются некоторые элементы
Выделяется вода / хлор/ водород
online.mirea.ru

21.

Центр дистанционного обучения
Полиприсоединение
изготовление синтетического сырья путем
многократного соединения мономерных звеньев в
одну огромную молекулу без отделения других
веществ.
Производство происходит при помощи
растворителей: «Пиридин», «Диметилсульфоксид»,
« Диметилформамид», в азотной среде при
температуре от -20 до 110 градуса.
online.mirea.ru

22.

Центр дистанционного обучения
Классификация полимеров
По отношению к
нагреванию
Термопластичные
Термореактивные
полимеры
полиэтилен,
поливинилхлорид,
эпоксидные смолы
полистирол
online.mirea.ru

23.

Центр дистанционного обучения
Высокомолекулярные соединения различаются по
степени влияния тепла:
Термопластичные при повышенном
градусе размягчаются, а при
пониженном – твердеют.
Если разрушаются связующие
звенья в цепи, то их называют
термореактивными.
online.mirea.ru

24.

Центр дистанционного обучения
Сущность полимеров
• Состав и основа полимерных материалов – это
однотипные группы атомов, из которых синтезируется
высокомолекулярное вещество.
• Обычно производство происходит из продуктов
переработки нефти, угля и газа.
• Второй способ – из вторичного сырья (целлюлоза,
лигнин).
online.mirea.ru

25.

Центр дистанционного обучения
Материалы
Полиэтилен
• различается по типам (низкого и высокого давления). Эти виды
обладают одинаковым химическим составом, но отличаются
молекулярной структурой.
Пропилен
• Характерны легкость, высокие эксплуатационные качества,
гибкость, эластичность, прочность, водонепроницаемость,
не подвержен коррозии, не деформируется при
динамической и статистической нагрузках, не производит
шум и не вибрируют. Вступают в реакцию с кислородом и не
выносят ультрафиолет.
Поливинилхлорид
• Обладает хрупкостью и невысокой экологичностью, потому что
при тлении выделяют ядовитый диоксин.
Полиолефин
• создан на основе составляющих полиэтилена и полипропилена.
Он не разрывается, не дает усадку, не нагревается, а при
утилизации и производстве не выделяет вредные для
online.mirea.ru
организма вещества.

26.

Центр дистанционного обучения
Изделия из полимерных
материалов
Медицинское оборудование
Строительная отрасль
Железнодорожный, автомобильный и авиационный транспорт
Бытовая техника
Сельское хозяйство
Легкая и тяжелая промышленности
online.mirea.ru

27.

Центр дистанционного обучения
Структура полимеров
Линейное
Лестничное
• Макромолекулы
составляют длинные
цепочки и имеют
спиральную или зубчатую
комбинацию.
• Чрезвычайно гибкие. Такое
качество дает высокую
эластичность, изделие не
крошится при застывшем
состоянии.
• Макромолекулы создают
пару длинных цепей,
которые являются основой
для создания изделий с
высокой жесткостью и
стойкостью к большим
температурам. Не
вступают в химическую
реакцию с растворителями
из органики.
online.mirea.ru

28.

Центр дистанционного обучения
Структура полимеров
Пространственное
Линейно-разветвленное
• Мономолекулы связаны
между собой поперечными
мостиками и синтезируются
при помощи мочевины и
формальдегида.
• Пространственная или
неоднородная структура
основы сетки.
• Из такого сырья создаются
жесткие конструкционные
продукты.
• От основной цепи идут
ответвления, численность и
размер которых различны.
• Такая структура наиболее
прочная. Это свойство
нашло применение в
изготовлении полиэтилена,
полистирола,
поливинилхлорида.
online.mirea.ru

29.

Центр дистанционного обучения
Термопласты
привитой сополимер акрилонитрила, стирола с бутадиеновым или
бутадиен-стирольным каучуком
АЦ
ацетат целлюлозы.
ЛПЭНП
линейный полиэтилен низкой плотности
МС
сополимер стирола с метилметакрилатом
МСН
сополимер стирола с метилметакрилатом и акрилонитрилом
ПАН
полиакрилонитрил
ПА
полиамиды
АБС
online.mirea.ru

30.

Центр дистанционного обучения
Термопласты
ПАР
полиарилаты
ПВА
поливинилацетат
ПВФ
фторопласт-1 – поливинилфторид
ПВХ
поливинилхлорид
ПВДФ
фторопласт-2 – поливинилиденфторид
ПВДХ
поливинилиденхлорид
ПИ
полиимиды
ПК
поликарбонаты
ПММА
полиметилметакрилат
ПП
полипропилен
ПС
полистирол
ППС
пенополистирол
online.mirea.ru

31.

Центр дистанционного обучения
Термопласты
ПТП
пентапласт
ПТФЭ
фторопласт-4, фторлон-4, тефлон – политетрафторэтилен
ПТФХЭ
фторопласт-3. фторлон-3– политрифторхлорэтилен
ПУ
полиуретаны
ПФ
полиформальдегид
ПЭ
полиэтилен
ПЭВП, ПЭНД, ПНД
полиэтилен высокой плотности (низкого давления)
ПЭНП, ПЭВД, ПВД
полиэтилен низкой плотности (высокого давления)
ПЭО
полиэтиленоксид
ПЭТФ
полиэтилентерефталат
ТАЦ
триацетат целлюлозы
online.mirea.ru

32.

Центр дистанционного обучения
Реактопласты
фенолоформальдегидный олигомер, совмещенный с
поливинилбутиралем.
КС
кремнийогранические смолы.
МАС
меламиноальдегидные смолы.
НПС
ненасыщенные полиэфирные смолы.
ПИ
полиимиды.
ПУ
полиуретаны.
ППУ
пенополиуретаны.
ФФС
фенолформальдегидные смолы.
ЭС
эпоксидные смолы.
БФ
online.mirea.ru

33.

Центр дистанционного обучения
Эластомеры
БК
статический сополимер изобутилена и 0,6 -3,0 % изопрена.
ДСТ-30
термоэластопласт с 30% блоков стирола.
СКН-18, СКН-26
• бутадиен-нитрильные с указанным содержанием нитрила акриловой
кислоты в макромолекуле (в %)
СКС-30А
бутадиен-стирольный низкотемпературной полимеризации.
СКЭП
сополимер этилена (40-70%) и пропилена.
СКУ
полиуретановый.
ТЭП
• термоэластопласт, блок-сополимер бутадиена и стирола
online.mirea.ru

34.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров
Производство таких материалов началось в начале
прошлого столетия, где при обработке целлюлозы и
отходов нефтепереработки стали получать краску и
пленку.
Это
позволило
активному
развитию
кинематографа.
Сейчас пластик вошел в нашу повседневную жизнь.
Из
него
изготавливаются
детские
игрушки,
всевозможные синтетические ткани, прорезиненную
подошву
для
обуви,
спортивный
инвентарь,
компьютерную технику.
online.mirea.ru

35.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров
Аэрокосмическая
отрасль
Авиационная
индустрия
Производство
машин и
оборудования
Производство
автомобилей
Медицинские
аппараты и
инвентарь
online.mirea.ru

36.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров в
автомобилестроении
Надежность
работы
современного
автомобиля,
долговечность и комфорт его эксплуатации, а также (что
важно)
безопасность
передвижения
могут
быть
обеспечены только при условии применения полимерных
материалов
—
пластмасс,
резин,
лаков
и
красок и прочее.
online.mirea.ru

37.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров в
авиастроении
Целесообразность применения полимеров в указанном
направлении обусловлено их легкостью, вариабельностью
состава и строения и следовательно, широким диапазоном
технических
свойств.
Тенденция
к
расширению
границ применения полимерных материалов характерна
также и для производства ракет и космических аппаратов.
online.mirea.ru

38.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров в
машиностроении
Определяется возможностью удешевления продукции.
При
этом
улучшаются
также
важнейшие
технико-
экономические параметры машин: уменьшается масса,
повышаются
долговечность,
надежность
и
прочие
существенные свойства.
online.mirea.ru

39.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров в
медицине
Применение полимерных материалов с целью изготовления
изделий и техники медицинского назначения позволяет
осуществлять серийный выпуск инструментов, предметов
ухода за больными, специальной посуды и различных видов
упаковок для лекарств, обладающих рядом преимуществ
перед аналогичными изделиями из металлов и стекла:
экономичностью, в ряде случаев — повышенной стойкостью
к воздействию различных сред, возможностью выпуска
изделий разового использования и прочее.
online.mirea.ru

40.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров в
пищевой промышленности
• Полимеры в пищевой промышленности должны соответствовать
комплексу определенных санитарно-гигиенических требований
• К числу наиболее крупных потребителей полимерных
материалов в пищевой промышленности выступают “пищевое
машиностроение” и производство тары и упаковки для хранения
и транспортировки продуктов питания.
• Полимеры могут выступать и как основной материал (например,
пластиковые бутылки), так и в качестве вспомогательных
элементов и добавок, призванных (например) уберечь
металлический контейнер от коррозии.
online.mirea.ru

41.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров в
судостроении
• Благодаря использованию полимерных материалов значительно
улучшаются технические и эксплуатационные характеристики
судов, повышаются их надежность и долговечность, сокращается
продолжительность и снижается трудоемкость постройки.
• Полимеры применяют для изготовления корпусов судов и
корпусных конструкций, в производстве деталей судовых
механизмов, приборов и аппаратуры, для окраски судов, отделки
помещений и их тепло-, звуко- и виброизоляции, а также прочие
полезные свойства.
online.mirea.ru

42.

Центр дистанционного обучения
Применение полимеров в
электронике
Перспективным
направлением
электропроводящих
полимеров,
формированию
обработке
микроэлектронике
и
с
использования
легко
-
поддающихся
миниатюризация
использованием
в
в
электронных
твердотельных схемах компонентов нужной конфигурации с
размерами молекулярного уровня.
online.mirea.ru

43.

Центр дистанционного обучения
Электрические свойства
Полимеры подразделяются на
• Диэлектрики
• Полупроводники
• Электропроводящие материалы
Для диэлектриков характерны значения проводимости ниже
10-10См/см. Полимеры с более высокой удельной электрической
проводимостью относятся к классу полупроводников. При значениях
проводимости, близких к проводимости металлов, т.е. свыше 1
Ом/см, полимеры можно назвать электропроводящими.
online.mirea.ru

44.

Центр дистанционного обучения
Получение полупроводниковых и
электропроводящих полимеров
введением в диэлектрическую полимерную матрицу проводящих
компонент, наполнением
- путем формирования сопряженных двойных связей в
процессе полимеризации
- путем создания полимерных комплексов с переносом заряда
(КПЗ)
- высокотемпературной обработкой полимеров в вакууме и
пиролизом
- ионной имплантацией диэлектрических полимеров
online.mirea.ru

45.

Центр дистанционного обучения
Применение в электронике
Могут быть не только изоляторами, при определенных условиях сопряженные
полимеры могут обладать проводимостью близкой к металлической.
Электропроводящие композиционные материалы на их основе могут быть
легкими и прочными токопроводящими элементами.
Могут быть использованы как антистатические покрытия и материалы,
поглощающие электромагнитное излучение в различных диапазонах длин волн.
Могут использоваться в качестве электродов аккумуляторов, ионообменных
материалов и ионселективных электродов
Полимерные материалы могут служить антикоррозионными покрытиями
металлических изделий
online.mirea.ru

46.

Центр дистанционного обучения
Особенности полимеров
Полимеры могут существовать в твердом состоянии (аморфном или
кристаллическом, чаще в смеси этих состояний), в вязкоэластичном (резина) и
вязкотекучем состоянии.
Характерной чертой полимеров является сочетание свойств твердых тел и
жидкостей, т. е. эти вещества с одной стороны обладают прочностью твердых
тел, а с другой, способны к обратимым деформациям, т.е. характеризуются
пластичностью.
Растворы полимеров обладают повышенной вязкостью.
Полимеры обладают высокой анизотропией механических свойств,
выражающейся в возможности образования пленок и волокон.
Температура кипения полимеров выше температуры разложения, поэтому
полимеры не могут находиться в газообразном состоянии, а только в
online.mirea.ru
конденсированной фазе

47.

Центр дистанционного обучения
Особенности полимеров
Одна из разновидностей твердого состояния - стеклообразное
состояние, в котором молекулы теряют способность перемещения.
Другая разновидность - высокоэластичное состояние. В этом
состоянии полимеры способны к значительным обратимым
деформациям и находятся в некотором промежуточном состоянии
между жидким и стеклообразным состояниями. При деформации
перемещаются только малые участки цепных макромолекул.
online.mirea.ru

48.

Центр дистанционного обучения
Спасибо за внимание!
online.mirea.ru