Wat u moet weten over polymeren

Polymeren zijn tegenwoordig algemeen om ons heen, ook al zijn er grote variëteiten van verschillende typen en verschillende classificaties. In een eerdere post hebben we deze verschillende soorten kunststoffen uitgelegd als basiskunststoffen en gespecialiseerde soorten. Ook zagen we de toepassing en weinig voordelen van kunststoffen. Ik wil graag dat je het bekijkt!

Lees alles wat u moet weten over plastic

Welnu, vandaag zullen we de definitie, fysieke toestand, eigenschappen en additieven van polymeren nauwkeurig onderzoeken. We zullen ook onderscheid maken tussen thermoplast en thermohardend.

Wat zijn polymeren?

Polymeren zijn chemische verbindingen waarvan de moleculen extreem groot zijn en eruitzien als een lange keten die bestaat uit een schijnbaar eindeloze reeks onderling verbonden schakels. De grootte van deze moleculen wordt als buitengewoon beschouwd, woedt in duizenden en zelfs miljoenen atomaire massa-eenheden. De grootte van het molecuul, de fysieke toestand en de structuur zijn de unieke eigenschappen waar een plastic om bekend staat, waardoor het gevormd en gevormd kan worden.

Thermoplastisch en thermohardend

Zoals eerder vermeld, worden polymeren die als kunststoffen worden geclassificeerd, onderverdeeld in twee hoofdcategorieën:thermoplasten en thermoharders.

Thermoplasten zoals polyethyleen en polystyreen zijn kunststoffen die herhaaldelijk kunnen worden gevormd en opnieuw gevormd. Dit om verder te zeggen, een beker van schuimpolystyreen kan worden verwarmd en omgevormd tot een nieuwe vorm - misschien een schaal of bord.

Een thermoplastische polymeerstructuur is die van afzonderlijke moleculen die van elkaar gescheiden zijn en langs elkaar heen stromen. deze moleculen kunnen een extreem hoog of laag molecuulgewicht hebben. Ze kunnen vertakt of lineair van structuur zijn, maar hebben toch het kenmerk van scheidbaarheid en daaruit voortvloeiende mobiliteit. Polymeren van dit type staan ​​bekend als 'commodity plastics'.

Aan de andere kant zijn thermoharders polymeren die niet opnieuw kunnen worden verwerkt door opnieuw te verwarmen. Dit komt omdat thermohardende harsen tijdens de eerste verwerking een chemische reactie ondergaan waardoor ze onsmeltbaar en onoplosbaar worden. Wanneer een polymeer op een dergelijke manier wordt geproduceerd, kan herbewerking of verhitting ervoor zorgen dat de applicatie kapot gaat.

Fysische toestand en moleculaire morfologieën van polymeren

Het plastische gedrag van polymeren kan ook worden beïnvloed door hun morfologie, of rangschikking van moleculen op grote schaal. Polymeermorfologieën kunnen dus amorf of kristallijn zijn. De amorfe moleculen zijn willekeurig gerangschikt en zijn met elkaar verweven. Terwijl kristallijne moleculen dicht op elkaar staan ​​en in een onherkenbare volgorde.

Thermoharders staan ​​bekend als amorf, terwijl thermoplasten amorf of semikristallijn zijn. De semikristallijne materialen vertonen kristallijne gebieden die bekend staan ​​als kristallieten, binnen een amorfe matrix.

Van thermoplastische materialen is bekend dat ze hun vorm behouden tot een bepaalde temperatuur. Dit wordt bepaald door de glasovergangstemperatuur of de smelttemperatuur van het betreffende polymeer. Daaronder staat de temperatuur bekend als de glasovergangstemperatuur (T_g ). de moleculen van een polymeermateriaal worden bevroren, wat ook wel de glasachtige toestand wordt genoemd; waar er weinig of geen beweging is van moleculen die elkaar passeren. Dit maakt het materiaal stijver en zelfs brozer.

Boven de glasovergangstemperatuur T_g , gaan de amorfe delen van het polymeer in de rubberachtige toestand. Dat wil zeggen, de moleculen vertonen een verhoogde mobiliteit en het materiaal wordt plastisch en zelfs elastisch, dat wil zeggen, het vermogen om te worden uitgerekt.

In het geval van niet-kristallijne polymeren zoals polystyreen zal het verhogen van de temperatuur direct leiden tot de vloeibare toestand. Aan de andere kant, voor gedeeltelijk kristallijne polymeren zoals polyethyleen met lage dichtheid of polyethyleentereftalaat, zal de vloeibare toestand pas worden bereikt als de smelttemperatuur (T_m ) is doorgegeven.

Voorbij het punt zijn de kristallijne gebieden niet langer stabiel en kunnen de rubberachtige of vloeibare polymeren worden gevormd of geëxtrudeerd. Omdat thermoharders niet smelten bij voorverwarmen, kunnen ze vormstabiel zijn tot een temperatuur waarbij chemische afbraak begint.

Eigenschappen van polymeren

De fysieke toestand en morfologie van een polymeer spelen een perfecte rol in zijn mechanische eigenschappen. De verschillen in hun mechanisch gedrag zijn de rek die optreedt wanneer plastic onder spanning wordt geladen (gespannen).

Een glasachtig polymeer zoals polystyreen is bijvoorbeeld behoorlijk stijf en vertoont een hoge verhouding tussen initiële spanning en initiële rek. Terwijl polyethyleen en polypropyleen, twee zeer kristallijne kunststoffen, kunnen worden gebruikt als films en gegoten objecten. Dit komt omdat hun amorfe gebieden bij kamertemperatuur ruim boven hun glasovergangstemperaturen liggen.

De leerachtige taaiheid van deze polymeren boven glasovergang T_g resultaten van de kristallijne gebieden die bestaan ​​in een amorfe, rubberachtige matrix. Deze kunststoffen hebben de mogelijkheid van 100 tot 1000 procent rek.

Omdat de glasovergang T_g van PET (een andere semikristallijne kunststof) boven kamertemperatuur is, bevinden de kristallijne delen zich in een glasachtige matrix. Hierdoor krijgt het materiaal onder spanning stijfheid en een hoge vormvastheid, wat van groot voordeel is in drankflessen en opnametape.

Van bijna alle kunststoffen is bekend dat ze een bepaalde rek vertonen bij stress die niet wordt hersteld wanneer de stress wordt geëlimineerd. Deze toestand staat bekend als "kruip", wat erg klein kan zijn voor plastic dat ver onder de T_g ligt . het kan significant zijn voor een gedeeltelijk kristallijn plastic dat hoger is dan T_g .

Bekijk de video over de eigenschappen van polymeren:

De meest algemeen gespecificeerde mechanische eigenschappen van polymeren zijn breukspanning, stijfheid, treksterkte en gekwantificeerd in de tabel met eigenschappen en toepassingen als de buigmodulus. Taaiheid is een andere belangrijke eigenschap van een polymeer, namelijk de energie die het polymeer absorbeerde voordat het bezweek. Dit is vaak het gevolg van een plotselinge impact. Het herhaaldelijk toepassen van spanning onder de treksterkte van plas_t ic kan leiden tot vermoeidheidsfalen.

Bijna alle kunststoffen zijn slechte warmtegeleiders; geleidbaarheid kan verder worden verminderd wanneer een gas (meestal lucht) in het materiaal wordt geïnduceerd. Zo heeft geschuimd polystyreen dat wordt gebruikt in bekers voor warme dranken een thermische geleidbaarheid van ongeveer een kwart van het niet-geschuimde polymeer. Kunststoffen zijn ook alleen elektrische isolatoren als ze zijn ontworpen voor geleidbaarheid; naast geleidbaarheid is op kunststoffen belangrijk als diëlektrische sterkte (weerstand tegen doorslag bij hoge spanningen). Het is ook belangrijk als diëlektrisch verlies (een maat voor de energie die wordt gedissipeerd als warmte wanneer een wisselstroom wordt ingeschakeld).

Polymeeradditieven

Een additief kan ook bekend staan ​​als een ingrediënt gecombineerd met een polymeer om tot een reeks eigenschappen te komen die geschikt zijn voor het product. In veel kunststofproducten is het polymeer echter slechts één bestanddeel. De combinatie van andere additieven wordt gemengd tijdens de verwerking en fabricage.

Hieronder worden de additieven beschreven die in polymeer worden gebruikt om een ​​geschikt product te verkrijgen.

Plasticizers:

De weekmaker wordt gebruikt om de glasovergang T_g . te veranderen van een polymeer. Zo wordt een polyvinylchloride (PVC) vaak gemengd met niet-vluchtige vloeistoffen om de glasovergang te veranderen. De vinylbeplating die in huizen wordt gebruikt, vereist een ongeplastificeerd, hard PVC met een T_g van 85 tot 90 ⁰ C (185 tot 195 ⁰ F). een PVC-tuinslang moet echter flexibel blijven, zelfs bij 0 ⁰ C (32 ^o F).

Er zijn veel meer polymeren die kunnen worden geplastificeerd, maar PVC is uniek in het accepteren en vasthouden van weekmakers van sterk variërende moleculaire grootte en chemische samenstelling. De weekmaker kan ook effect hebben op de ontvlambaarheid, geur, biologische afbreekbaarheid en zelfs de kosten van het eindproduct van het polymeer.

Kleurstoffen:

Omdat het uiteindelijke uiterlijk van kunststofproducten aantrekkelijk moet zijn, is het nodig om kleurstof toe te voegen tijdens de verwerking en fabricage. De populaire pigmenten voor het kleuren van kunststoffen zijn titaniumdioxide en zinkoxide (wit), koolstof (zwart) en andere verschillende anorganische oxiden zoals ijzer en chroom. Sommige andere organische verbindingen kunnen worden gebruikt om kleur toe te voegen, hetzij als pigment (onoplosbaar) of als kleurstof (oplosbaar).

Versterkingen:

Zoals de naam al doet vermoeden, worden versterkingen gebruikt om de mechanische eigenschappen van kunststoffen te verbeteren. Een verscheidenheid aan materialen zoals silica, roet, talk, mica en calciumcarbonaat, evenals korte vezels, kunnen worden opgenomen als deeltjesvullers. Het gebruik van lange of zelfs doorlopende vezels als versterking, vooral bij thermoharders, kan hieronder worden beschreven in vezelversterking.

Het introduceren van grote hoeveelheden deeltjesvuller tijdens de fabricage van kunststoffen zoals polypropyleen en polyethyleen kan hun stijfheid vergroten. Het effect kan minder dramatisch zijn als de temperatuur lager is dan de T_g . van het polymeer .

Stabilisatoren:

Stabilisatoren helpen de levensduur en levensduur in elke toepassing te verbeteren. De eigenschappen van het plastic zo min mogelijk na verloop van tijd. stabilisatoren worden toegevoegd, meestal in kleine hoeveelheden, om de effecten van veroudering tegen te gaan. Aangezien alle op koolstof gebaseerde polymeren onderhevig zijn aan oxidatie, zijn de gebruikelijke stabilisatoren antioxidanten. Gehinderde fenolen en tertiaire amines worden in kunststoffen gebruikt in concentraties van slechts enkele delen per miljoen.

Conclusie

Polymeren zijn de gebruikelijke vorm om kunststoffen te beschrijven, ze zijn verkrijgbaar in verschillende vormen en kunnen worden verwerkt om verschillende eigenschappen te verkrijgen. In dit artikel hebben we de definitie, fysieke en moleculaire morfologieën en additieven van polymeren gezien. We zagen ook het verschil tussen thermoplasten en thermoharders.

Ik hoop dat je het leuk vindt om te lezen, zo ja, reageer dan op je favoriete gedeelte van dit bericht en vergeet niet om het te delen met andere technische studenten. Bedankt!