Полимеризация и поликонденсация полимеров. - раздел Машиностроение, Ознакомление со способами получения, составом и свойствами неметаллических конструкционных материалов, применяемых в машиностроении 1. Полимерами Называют Вещества, Молекулы Которых (Макромол...
1. Полимерами называют вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок, или мономерных звеньев, соединенных между собою химическими связями. По происхождению полимеры делят на синтетические и природные.
Синтетические полимеры.Примером синтезируемого низкомолекулярного вещества может служить этилен С2Н4 (СН2 = СН2). В результате полимеризации этилена получают синтетический продукт – полиэтилен (–СН2–СН2–)n. Приведенная формула является формулой макромолекулы полиэтилена. Вещество полиэтилена складывается из множества таких макромолекул.
Мономерные звенья соединены химическими связями в цепи того или иного строения; эти цепи и составляют макромолекулы. Количество звеньев в каждой макромолекуле может изменяться в широких пределах, так же изменяется и молекулярная масса; эту особенность полимеров называют полидисперсностью. В зависимости от величины молекулы изменяются и свойства вещества. Например, если молекула состоит из двух мономерных звеньев СН3=СН3, то вещество, представляет собой этилен, бесцветный газ. Если в молекуле пять мономерных звеньев, то вещество представляет собой жидкость, если звеньев будет 1500…2000, получается эластичный гибкий пластик, из которого делают пленки, мягкие трубы, если же число звеньев увеличивается до 5000…6000, то образуется жесткий, твердый полиэтилен.
Степень полимеризации (число мономерных звеньев в молекуле) составляет величину от нескольких тысяч до нескольких сотен тысяч для различных полимеров.
2. Синтез полимеров протекает при полимеризации или поликонденсации низкомолекулярного вещества (мономера).
Полимеризация представляет собой цепную реакцию, при которой синтез полимера осуществляется путем последовательного присоединения молекул мономера к подвижному активному центру, движущемуся на острие растущей цепи. Активный центр – это свободный радикал (радикальная полимеризация) или ион, поляризованная молекула (анионная, катионная полимеризация). Превращение в реакторе небольшой доли молекул мономера в активные центры (инициирование) осуществляется в результате взаимодействия этих молекул с инициаторами, катализаторами или под действием ионизирующего излучения (электрического тока, света, ультразвука). Активный центр взаимодействует с молекулой мономера, активирует ее, разрывая двойные (или тройные) валентные связи углеродных соединений, а сам при этом превращается в нейтральное звено цепи; образовавшийся новый активный центр соединяется со смежной молекулой мономера и т. д. Обрыв цепи происходит в результате соударения активного центра с другим активным центром, примесями, стенками реактора.
Если в реакции участвуют мономеры одного вещества, то процесс называют гомополимеризацией, при двух и более веществах – сополимеризацией.
Способы полимеризации зависят от агрегатного состояния мономера. Наиболее распространены блочная полимеризация, при которой полимеризуются жидкие неразбавленные мономеры, полимеризация в истинных растворах, полимеризация в водных дисперсиях (эмульсиях или суспензиях), твердофазная и газофазная полимеризация.
Процессы полимеризации протекают без выделения каких-либо веществ, состав мономерного звена макромолекулы соответствует составу мономерного звена исходного вещества. Методом полимеризации получают около 3/4 общего мирового выпуска синтетических полимеров.
При поликонденсации синтез полимера осуществляется пои реакции замещения взаимодействующих одинаковых или разнородных мономеров в присутствии катализатора; реакция сопровождается выделением побочного низкомолекулярного продукта (воды, аммиака, спирта, хлористого водорода и др.), поэтому состав мономерных звеньев полимера не соответствует составу звеньев исходного мономера.
Поликонденсация – ступенчатый процесс: пары молекул образуют димеры, с присоединением третьей молекулы образуются тримеры и т. д. В результате образуется множество функциональных групп, а мономеры исчерпываются в реакторе на сравнительно ранней стадии реакции; высокомолекулярный продукт образуется при соединении функциональных групп.
По химическому составу различают гомополимеры, содержащие одинаковые мономерные звенья, и сополимеры, содержащие в макромолекулах чаще всего два типа мономерных звеньев (бинарные сополимеры), реже – три (терполимеры).
Макромолекула по своей структуре может представлять открытую цепь (линейные полимеры, рис. 27, а), цепь с разветвлениями (разветвленные полимеры, рис. 27, б) или трехмерную сетку (сетчатые, сшитые полимеры, рис. 27, в). (Кружками обозначены мономерные звенья.)
Связь мономерных звеньев в цепях макромолекул обеспечивается ковалентными связями, а взаимное расположение цепей – диполь-дипольными взаимодействиями, которые в несколько десятков раз слабее ковалентных. Поликонденсация бифункциональных мономеров называется линейной поликонденсацией, а поликонденсация, в которой, хотя бы один мономер имеет более двух функциональных групп – трехмерной (образуются сетчатые полимеры).
Рис.27 Рис.28
Строение полимеров может быть кристаллическим или аморфным. Под кристаллическим строением понимают параллельное расположение цепей молекул в полимере (участок 1 на рис. 28); аморфное строение полимерам придает хаотическое расположение цепей (участок 2).Кристаллическое строение определяет анизотропность полимеров.
Для формования изделий полимеры нагреваются и находятся в вязкотекучем состоянии, а в отформованных изделиях – в стеклообразном.
По характеру процессов, протекающих при стекловании и отверждении, синтетические полимеры делят на реактопласты и термопласты.
Реактопласты получают из олигомеров, которые представляют собой жидкие вязкотекучие смолы, образованные из мономеров в условиях ограниченного роста цепи. При формовании изделий под действием нагрева и (или) катализаторов происходит дальнейшая полимеризация олигомеров с образованием твердых сетчатых стеклообразных структур, которые необратимо теряют способность переходить в вязкотекучее состояние.
Формование изделий из реактопластов сопровождается продолжением химической реакции образования полимера. Таким образом, олигомеры по значению молекулярной массы занимают промежуточную область между мономерами и высокомолекулярными соединениями. При синтезе молекул происходит отверждение, образуется сетчатая структуравысокополимера, при которой полимерам не свойственно при нагреве переходить в вязкотекучее состояние. Реактопласты в изделиях становятся деформационно устойчивыми вплоть до предельного нагружения или достижения температуры деструкции. Сетчатые полимеры нерастворимы и неплавки.
Полимеризация термопластов завершается до формования с образованием структуры открытой цепи или цепи с разветвлениями, что определяет возможность многократного перехода термопластов в вязкотекучее состояние при нагреве, а при охлаждении – в стеклообразное. Такая структура определяет также меньшую в сравнении с реактопластами устойчивость против деформации при нагружении. Для линейных и разветвленных полимеров характерна анизотропность свойств; разветвленные полимеры имеют большее расстояние между макромолекулами, что объясняет в сравнении с линейными полимерами меньшую механическую прочность и лучшую растворимость.
Расплавы реактопластов отличаются от расплавов термопластов значительно меньшей вязкостью, что облегчает заполнение форм и применение к реактопластам значительно большего разнообразия способов формования изделий; вместе с тем время формования каждого изделия из реактопластов увеличивается в связи с необходимостью выдержки материала в форме до завершения реакции синтеза полимера (отверждения).
Вопросы... Цели и задачи дисциплины Материаловедение и технология материалов... Связь дисциплины Материаловедение и технология материалов с другими дисциплинами...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Полимеризация и поликонденсация полимеров.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Продукты доменной плавки.
1. Исходные материалы для производства чугуна:
1.Железные руды:
-красный железняк, или гематит Fе2О3; содержит в
Производство стали в электрических печах.
1.Шихтовыми материалами для выплавки стали являются жидкий или твердый чугун, стальной и чугунный лом, стружка, обрезки (скрап), железорудные окатыши, ферросплавы (перечисленные ма
Непрерывная разливка (в кристаллизатор).
1. Выплавленная в печи сталь выпускается в ковш и разливается в изложницы или кристаллизатор, либо разливке предшествует рафинирование стали. Внепечное рафинирова
Понятие о свойствах металлов.
1. Большое число различных металлов, которые применяют в технике, можно разделить на черные и цветные.
Черные металлы имеют темно-серый цвет, большую плотность, вы
Методы контроля качества изделий.
1.Макроанализ. Для макроанализа приготовляют образец – шлиф или излом, по которому выявляют макроструктуру – строение металла или сплава, видимое невооруженным глазом или в
Деление железоуглеродистых сплавов на стали и чугуны.
1. На диаграмме состояния (рис. 21) представлены две системы сплавов. Система Fе – Fе3С называется неустойчивой (метастабильной) в связи с тем, что цементит представляе
Структуры, получаемые при различных скоростях охлаждения.
1.При нормальной температуре доэвтектоидные стали имеют структуру феррит плюс перлит, эвтектоидные – перлит, заэвтектоидные – перлит + цементит, то есть исходное состояние всех ст
Нормализация.
1. Термической обработкой называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твердом состоянии, для изме
Отпуск. Виды отпуска.
1. Процесс закалки стали заключается в ее нагреве до определенной температуры (на 30...50° выше линии GSK по диаграмме Fe – Fe3C), выдержке и последующем быстром
Дефекты и брак при термической обработке.
1. Низколегированные стали при закалке охлаждают в воде, так же как и углеродистые. Увеличение содержания легирующих элементов в стали вызывает понижение теплопро
Азотирование.
1. Целью химико-термической обработки является получение поверхностного слоя стальных изделий, обладающего повышенными твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью или корро
Газовое цианирование.
3. Диффузионная металлизация, её виды.
1. Цианирование.Цианирование – насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом; оно бывает жидкостным
Влияние примесей на свойства углеродистой стали.
Наличие небольшого количества обычных примесей в стали не влияет существенно на положение критических точек и характер линий диаграммы железо – цементит, поэтому сталь можно рассматривать с извест
Углеродистые инструментальные стали.
1. По химическому составу стали подразделяют на малоуглеродистые (до 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3...0,65 % С) и высокоуглеродистые (свыше 0,65% С). По качеству ра
Легирование чугунов, их маркировка и область применения.
1.Сталь, содержащая, кроме постоянных примесей (марганец, кремний), один или несколько специальных элементов или повышенные концентрации марганца и кремния (>1 %), называется
Цементируемые стали.
1. Низколегированные стали.Согласно ГОСТ 19282–73, установлено 28 марок такой стали. Они содержат 1,5…2,5 % легирующих элементов, которые определяют измельчение перлитной составля
Быстрорежущие стали.
1.Условия работы отдельных видов инструментов различны и для различных видов инструментов применяют материалы, наиболее подходящие по своим качествам к данным условиям работы.
Прочие стали и сплавы с особыми свойствами.
1. Шарикоподшипниковые стали.Хромовая сталь с массовым содержанием 0,95…1,15 % С и 0,4…1,65 Сr образует группу высококачественных шарикоподшипниковых сталей (ГОСТ 801–78) ШХ6, ШХ9
Получение металлокерамических твердых сплавов.
1. Металлокерамические твердые сплавы.Эти сплавы применяют в виде пластинок к режущему инструменту и инструменту для буров при бурении горных пород, а также в виде фильер дл
Сверхтвердые инструментальные материалы.
1. Минералокерамика – синтетический материал, основой которого служит глинозем ( А12О3), подвергнутый спеканию при температуре 1720…1750 °С. Минералокерамика
Спеченные алюминиевые сплавы.
1. Алюминий и его сплавы. Характерные свойства алюминия – высокая пластичность, теплопроводность, электропроводность и малая прочность. Он слабо подвергается коррозии на воздухе,
Титан и его сплавы.
1. Механические свойства металлического магния очень невысоки, поэтому для изготовления деталей он не применяется. Магниевые сплавы обладают меньшими удельным весом, теплопроводн
Оловянные и свинцовые баббиты.
4. Металлокерамические пористые подшипниковые сплавы,
1. Антифрикционные,илиподшипниковые сплавы применяют для изготовления подшипников.
Методы борьбы с коррозией металлов.
1.Разрушение металлов под воздействием окружающей среды называют коррозией. Другими словами, коррозия – это процесс превращения металлов в окисленное состояние.
Классифик
Способы получения изделий из пластмасс и их применение.
1.Пластическими массами (пластиками) называют материалы, которые при определенной температуре приобретают пластические свойства, то есть способность принимать в результате пресс
Применение резиновых изделий.
1.Резинойназывают продукты химической переработки каучука и вулканизирующих веществ (сера, натрий), осуществляемой при помощи термической обработки (горячая вулканизация) ил
Применение древесины в сельхозпроизводстве.
1.Древесина используется в качестве конструкционного материала в различных отраслях промышленности как в натуральном, так и переработанном виде.
Преимущества древесины:
Основные типы клеевых материалов и их применение.
1.Лакокрасочные материалы – это жидкие композиции, образующие после нанесения и высыхания пленку, соединяющуюся с окрашиваемой поверхностью. Эту пленку называют лакокрасочным покры
Фрикционные материалы.
1. Прокладочные материалы предназначены для создания герметичности сопрягаемых деталей с целью предохранения от попадания пыли, а также вытекания смазки, газов и др. К прокладочны
Применение порошковых сплавов в ремонтном производстве
1. Сплавы, получаемые из металлических порошков прессованием и последующим спеканием без расплавления, называют порошковыми, а метод получения – порошковой металлургией.
Механическая обработка напыленных покрытий.
1.Плазменное напыление представляет собой дальнейшее развитие техники металлизации распылением. Физическое понятие «плазма» было введено в 1923 г. Лангмером для обозначения газообр
Органоволокниты.
1. Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связуюшего (матрицы) и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон
Сплавы с эффектом памяти.
1. Металлические стекла, или аморфные сплавы, получают путем охлаждения расплава со скоростью, превышающей скорость кристаллизации (106…108 °С/с). В этом случ
Бескислородная керамика.
1. Керамика – неорганический материал, получаемый из отформованных минеральных масс в процессе высокотемпературного обжига. В результате обжига (1200…2500 °С) форм
Основные сведения об изготовлении литейной формы.
1.Процесс получения заготовок деталей машин и других изделий методом литья называют литейным производством. Отливают заготовки массой от нескольких граммов до сотен тонн практиче
Прокатка, ее виды. Понятие о прокатном производстве.
1. Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производст
Новости и инфо для студентов