Разновидности синтетических материалов

Синтетические материалы ⭐ — это материалы на основе полимеров, способные под влиянием повышенных температуры и давления принимать заданную форму и сохранять ее в обычных условиях. Полимеры состоят из больших молекул, каждая из которых представляет собой особое соединение молекул-мономеров. Полимеры в пластмассе связывают все ее компоненты: наполнители, пластификаторы, отвердители, красители, катализаторы (ускорители) и др.

Пластмассы в мире применяют относительно недавно. Но представить себе современную жизнь без пластмасс уже невозможно, настолько полезными оказались их свойства. Например, свам — стекловолокнистый анизотропный материал — по прочности не уступает стали и в 3 раза легче ее. Изоляционные синтетические материалы — поропласты, пенопласты — настолько хорошо сохраняют тепло, поглощают шум, что позволяют делать стены и перегородки в десятки раз тоньше, чем из кирпича или камня. А органическое стекло — полиметилакрилат — пропускает самую полезную часть спектра солнечного излучения — ультрафиолетовую — гораздо лучше, чем обычное.

Большинство полимеров получают искусственным путем в результате реакций синтеза — полимеризации или поликонденсации. Схема реакции полимеризации пМ—>Мп (побочные продукты не выделяются), а поликонденсации — пМ —> Мп + R (с выделением низкомолекулярных побочных продуктов — воды, аммиака, спирта, хлорида водорода и др.). Полимерные материалы имеют аморфную и кристаллическую составляющие структуры (больше аморфную). С увеличением доли кристаллической составляющей улучшается износостойкость материала, а с увеличением доли аморфной составляющей — эластичность.

По степени обратимости состояний в результате нагрева и охлаждения синтетические материалы делятся на:

• термореактивные
• термопластичные

Термопластичные материалы сохраняют начальные свойства после расплавления и затвердевания, а термореактивные при нагревании необратимо разрушаются.

Промышленное значение имеют такие виды пластмасс: полиамидная, полистирольная и полиэтиленовая крошка, мелкодисперсные порошки из полиамида, поливинилбутираля и полиэтилена низкого давления, синтетические (конструкционные) клеи, эпоксидные композиции. В авторемонтном производстве наибольшее применение получили пластмассы на основе полиамида, полиэтилена и фторопласта; волокнит, составы на основе эпоксидных смол, синтетические клеи и герметики.

Поликапроамид — представитель полиамидных смол, который поставляют в виде гранул. Материал является стойким к щелочам, маслам, ацетону, спирту, бензину и др. Он применяется для изготовления подшипников и зубчатых колес и для нанесения износостойких и декоративных покрытий на металлические поверхности. При температуре ниже нуля становится жестким.

Полиэтилен — относительно твердый термопластичный полимер с температурой плавления 120—130 °С. Он эластичен даже при низкой температуре, применяется для изготовления труб и защитных покрытий, а также как изоляционный и упаковочный материал.

Фторопласт (температура плавления 327 °С) — продукт полимеризации этилена, в котором все атомы водорода замещены фтором. По химической стойкости превосходит все известные металлы, в том числе золото и платину. Низкий коэффициент трения и высокая износостойкость позволяют длительно эксплуатировать его при температуре до 250 °С. Область применения фторопласта ограничена практически нулевой адгезией к металлам.

Волокнит представляет собой пресс-материал, состоящий из фенольно-формальдегидной смолы, волокнистого наполнителя (например, хлопковой целлюлозы) и различных добавок. Из него изготовляют крышки и корпусные детали. Стекловолокнит по сравнению с целлюлозным волокнитом имеет более высокие механические и электроизоляционные свойства. Его наполнителем является стекловолокно или стеклолента. Применяют для изготовления деталей автомобилей с повышенной прочностью и теплостойкостью, например, шестерен распределительного вала.

Широкое применение в ремонте получили полимерные композиции на основе эпоксидных смол, которые содержат в своих молекулах эпоксидные группы СН2—С, обладающие высокой реакционной способностью. Сырьем для производства смол служат газы — продукты нефтепереработки. Наиболее часто применяют смолы марок ЭД-16 и ЭД-20. Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам и хорошо сочетаются с другими синтетическими смолами. При взаимодействии с аминами и кислотами эти смолы твердеют и приобретают значительную теплостойкость и прочность. Эпоксидные смолы до твердения растворяются в ацетоне, толуоле и других растворителях.

Эпоксидные композиции включают, как правило, четыре вида компонентов: эпоксидную смолу, пластификатор, наполнитель и отвердитель. Пластификаторы обеспечивают снижение хрупкости, повышение ударной вязкости и стойкости к температурным колебаниям. В качестве пластификаторов применяют дибутил-фталат (ДБФ), триэтиленгликоль (ТЭГ-1), синтетический (карбоксилированный) каучук (СНК-10-10) и тиокол. Наполнители снижают стоимость композиции, играют важную роль в сближении коэффициентов термического расширения композиции и покрываемого материала, в повышении механической прочности, модуля упругости и теплостойкости шва, в изменении вязкости и уменьшении усадки. Например, чугунный порошок, закись железа, тальк, кварцевая и слюдяная мука изменяют в необходимых пределах значения коэффициента термического расширения покрытия, а графит и дисульфид молибдена уменьшают скорость его изнашивания. Непосредственно перед употреблением в композицию вводят отвердитель. В качестве отвердителей применяют полиэтиленполиамин (ПЭПА), аминофенол (АФ-2) и фторид бора (BF3). Последний отвердитель переводит композицию в твердое состояние даже при отрицательной температуре. Нехватка отвердителя удлиняет процесс отверждения, а избыток вызывает хрупкость материала.

Виды искусственных каменных материалов

В зависимости от вида вяжущего различают изделия на основе цемента, извести, гипса. Вид вяжущего и принятый способ производства определяют условия твердения безобжиговых материалов. Твердение может происходить как в естественных условиях, так и в условиях термовлажностной обработки (пропаривания или обработки в автоклавах). В качестве заполнителей для изготовления искусственных каменных материалов применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки. Для повышения прочности при изгибе изделия армируют волокнистыми материалами — асбестом и древесиной. По виду минерального вяжущего искусственные каменные изделия можно разделить на четыре группы: гипсовые и гипсобетонные; изделия на основе магнезиальных вяжущих; силикатные; асбестоцементные, изготовляемые на основе портландцемента с добавкой асбеста. К основным каменным безобжиговым материалам и изделиям относятся гипсобетонные и гипсовые изделия, силикатный кирпич и силикатобетонные изделия, асбестоцементные изделия. В отличие от керамических производство таких материалов осуществляют при сравнительно низких температурах. Так, температура изготовления силикатного кирпича 170-180°С, а время тер мообработки 10-14 ч, в то время как керамический кирпич обжигают при 900-1100°С в течение 24-30 ч. Таким образом, затраты топлива на производство силикатного кирпича гораздо меньшие, чем при производстве керамического. Другие виды безобжиговых каменных материалов требуют еще меньших затрат топлива. Однако, как правило, керамические материалы более долговечны и стойки к действию воды, агрессивных растворов и высоких температур. и т.д……………..

Синтетические ткани: названия с фото, свойства и виды материалов из синтетических волокон. Синтетика — дадим полное описание ассортимента тканей в статье. Производство синтетических тканей ведется из полимерного сырья, которое было синтезировано из нефти, природного газа, каменного угля и других веществ. Важно понимать, что ничего натурального в искусственном текстиле нет.

Одно из определений биоматериалов может быть выражено как: синтетический материал, используемый для замены части живой системы или тесного контакта с живой тканью. Совет биоматериалов Университета Клемсона формально определил биоматериал как «системное и фармакологически инертное вещество, предназначенное для имплантации или включаемое в живой организм». В отличие от биоматериалов биологический материал представляет собой материал, такой как костная ткань, эпидермис или артерии, продуцируемые биологической системой.

Искусственные материалы, которые просто удобны для кожи, такие как вкладыши, не включены в определение биоматериалов, потому что кожа действует как барьер для внешнего мира. В настоящее время для лечения заболеваний или травм используются самые разнообразные устройства и материалы. Общие примеры включают шовные материалы, обтураторы, винты, катетеры и пластины для реконструкции костей.

Вместе с этим, подобный метод изготовления волокон позволяет в итоге получить неплохие по характеристикам и рабочим показателям тканевые материалы, которые будут иметь вполне доступные цены. Помимо этого, они будут обладать такими свойствами, которых ни у хлопка, ни у шерсти, ни у шелка никогда не было.

Характеристика и состав синтетических тканей будет напрямую зависеть от того, какая именно полимерная основа была использована для их создания (полиамид, поливинилхлорид, и т.д.).

В случае стоматологии основной целью использования биоматериалов является улучшение состояния здоровья полости рта путем восстановления функций естественных живых тканей, и важно понять взаимосвязь между свойствами, функциями и структурами биологических материалов.

С точки зрения изучения биоматериала существуют три момента, представляющие интерес: анализ биологических материалов, тестирование материалов для имплантации и характеристика взаимодействия между ними и организмом человека. Успех биоматериала или имплантата во многом зависит от трех основных факторов: свойств имплантата и биосовместимости, здоровья рецептора и способности хирурга вводить имплантат в организм и контролировать его.

Особенности применения

Применение полимерных материалов в авторемонтном производстве обеспечивает снижение массы деталей, сокращает трудоемкость и затраты на ремонт изделий. При восстановлении деталей используют такие положительные свойства пластмасс:

• небольшую плотность — пластмассы в среднем в два раза легче алюминия и в 5—8 раз легче черных металлов;
• повышенную химическую стойкость к действию агрессивных сред (влаги, кислот, щелочей), что в ряде случаев позволяет отказаться от применения коррозионностойких сталей и цветных металлов;
• высокие антифрикционные и фрикционные свойства (малый или, наоборот, большой коэффициент трения, хорошую износостойкость и высокую способность к приработке), поэтому они применяются в узлах трения и фрикционных муфтах;
• хорошие диэлектрические свойства — пластмассы являются основными электроизоляционными и конструкционными материалами в электропромышленности;
• шумопоглощающие и звукоизолирующие свойства;
• вибростойкость — пластмассы обладают способностью гасить динамические колебания при знакопеременных нагрузках, что способствует повышению долговечности деталей и узлов автомобилей.

Однако пластмассы по сравнению с металлами быстро стареют, имеют малую теплопроводность и небольшую прочность.

Что такое синтетические полимеры?

Человечество издавна использует натуральные полимерные материалы в своем быту; меха, кожу, шелк, шерсть, известь, хлопок, цемент, и глину. Но изготовление цепных полимеров в широких масштабах началось только 20 веке. В 1906 году, ученый Лео Бакеланд открыл смолу, которая ныне носит название “бакелит” — результативный продукт при сгущении фенола и формальдегидного вещества, которое при увеличении температуры переходило в трехмерное состояние. Еще очень долгого, впоследствии, он выпускался для корпусных обшивок телевизоров, электроприборов, розеток и аккумуляторных коробок, а в современном мире его стали использовать как адгезирующее связующее вещество.

Полимеры — это вещества, с неорганической и органической основой, с аморфным и кристаллическим строением, в состав которых входят соединенные мономерные макромолекулярные звенья.

Синтетический полимер — это искусственный полимерный материал, являющийся альтернативой природному сырью. Его получают лабораторным путем двумя методами: полимеризационным и поликонденсационным.

Применение резины в промышленных товарах

Каучук имеет огромное народнохозяйственное значение. Чаще всего его используют не в чистом виде, а в виде резины. Резиновые изделия применяют в технике для изоляции проводов, изготовления различных шин, в военной промышленности, в производстве промышленных товаров: обуви, искусственной кожи, прорезиненной одежды, медицинских изделий.

Резина — высокоэластичное, прочное соединение, но менее пластичное, чем каучук. Она представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из полимерной основы (каучука) и различных добавок.

Наиболее крупными потребителями резиновых технических изделий являются автомобильная промышленность и сельскохозяйственное машиностроение. Степень насыщенности резиновыми изделиями — один из основных признаков совершенства, надёжности и комфортабельности массовых видов машиностроительной продукции. В составе механизмов и агрегатов, современных автомобиля и трактора имеются сотни наименований и до тысячи штук резиновых деталей, причём одновременно с увеличением производства машин возрастает их резиноёмкость.

Полиизобутил, полистирол, винилацетат

Широко применяются современной промышленностью полиизобутиловые смолы, которые получаются в процессе полимеризации при температуре около 100 ºС. Это материал напоминает по виду каучук. Он эластичен, применяется в качестве противокоррозионного компонента. Он не пропускает воду, поэтому металлические поверхности надежно защищены от окислительных реакций. Из полиизобутилена изготавливают лаки, мастики.

Полистирольные синтетические смолы получают с помощью процесса полимеризации. В результате получается бесцветная смола, которая применяется для производства эмалей, латекса, а также гидроизоляционных пленок. Также из полимера создаются утеплительные материалы.

Поливинилацетатные смолы представляют собой полимеры, созданные из сложного эфира уксусной кислоты и винилового спирта. Это бесцветная жидкость, характеризующаяся высокой подвижностью.

Материал не обладает устойчивостью к воздействию щелочей и кислот. В воде поливинилацетат набухает слабо. Он растворяется в сложных эфирах и спиртах, а также в ароматических углеводородах.

Материл позволяет создать прочное соединение камня, стекла. Поэтому поливинилацетат широко применяют при производстве лаков и клеевых составов. При внутренней отделке здания эти материалы также широко используют.

История[ | ]

Впервые мысль о том, что человеком может быть создан процесс, подобный процессу получения натурального шелка, при котором в организме гусеницы шелкопряда вырабатывается вязкая жидкость, затвердевающая на воздухе с образованием тонкой прочной нити, была высказана французским ученым Р. Реомюром ещё в 1734 году[1].

Производство первого в мире химического (искусственного) волокна было организовано во Франции в городе Безансоне в 1890 году и основано на переработке раствора эфира целлюлозы (нитрата целлюлозы), применяемого в промышленности при получении бездымного пороха и некоторых видов пластмасс.

Основные этапы в развитии химических волокон[ | ]

• На первом этапе — с конца XIX века до 1940—1950-х годов — разрабатывались и совершенствовались процессы получения искусственных волокон на основе природных полимеров из их растворов мокрым методом формования. Развивалось производство вискозных волокон. Некоторое развитие получили процессы сухого формования ацетатных волокон. Однако доминирующую роль в изготовлении текстильных изделий играли природные волокна, химические рассматриваются только как дополнение к природным волокнам. Изделия из химических волокон изготавливались в весьма небольших количествах.
• На втором этапе — 1940-е—1970-е годы — развивались процессы синтеза волокнообразующих мономеров, полимеров и технологии получения волокон из расплавов синтетических полимеров. Одновременно сохранялось и совершенствовалось производство волокон мокрым методом формования. Производство химических волокон развивалось в промышленно развитых странах. В этот период созданы основные виды химических волокон, которые можно назвать «традиционными» или «классическими». Химические волокна рассматривались как дополняющие и только частично заменяющие природные волокна. Начинали развиваться процессы модифицирования волокон.
• На третьем этапе — 1970—1990-е годы — выпуск химических волокон существенно возрос. Широко развились методы их модифицирования для улучшения потребительских свойств. Химические волокна приобрели самостоятельное значение для самых различных видов изделий и областей применения. Кроме того, они широко используются в смесях с природными волокнами. В этот же период в промышленно развитых странах созданы «волокна третьего поколения» с принципиально новыми специфическими свойствами: сверхпрочные и сверхвысокомодульные, термостойкие и трудногорючие, хемостойкие, эластомерные и др.
• На четвёртом этапе — с 1990-х годов по настоящее время — идёт современный этап развития производства химических волокон, появление новых способов модифицирования, создание новых видов многотоннажных волокон: «волокон будущего» или «волокон четвёртого поколения». В их числе новые волокна на основе воспроизводимого растительного сырья (лиоцелл, полилактидные), новые мономеры и полимеры, получаемые путём биохимического синтеза и волокна на их основе. Проводятся исследования по применению новых принципов получения полимеров и волокон, основанных на методах генной инженерии и биомиметики.

Основные физические свойства

Отличительной чертой этого материала является то, что в его химический состав входит вещество, обладающее высокомолекулярными цепочками, повторяющиеся с данной периодичностью. Благодаря этому самым распространенным стал каучук (резина), отличающийся своей эластичностью и повышенной стойкостью к истиранию. Он и другие виды не только обладают свойствами упругости, но и имеют иные важные качества:

• • Низкая теплопроводимость. Как пример: если поставить на открытый огонь кастрюлю, то сплав из железа нагреется, а ручки, выполненные из пластмассы, останутся холодными.
• • 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.
• • Предел прочности уступает показателям железа. Для повышения добавляют специальные компоненты, за счет которых получаются новые разновидности материала.
• • При разработке и производстве товара учитывается низкий коэффициент температурного нагрева. Рекомендуемым порогом является менее 80 градуса. Иначе изменятся физические свойства, которые приведут к снижению прочности.
• • 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. Так как он не проводит ток, то все ручки инструментов покрываются пластмассой.
• • Не поддается деформации при длительной нагрузке, способен восстанавливать свою первоначальную форму.