Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Полимерная инженерия - это вообще инженерная область, которая проектирует, анализирует и модифицирует полимерные материалы. Полимерная инженерия охватывает аспекты нефтехимической промышленности , полимеризацию , структуру и характеристики полимеров, свойства полимеров, компаундирование и переработку полимеров, а также описание основных полимеров, взаимосвязи свойств структуры и применения.

История [ править ]

Слово «полимер» ввел шведский химик Я. Берцелиус. Он считал, например, бензол (C 6 H 6 ) полимером этина (C 2 H 2 ). Позже это определение претерпело небольшие изменения. [1]

История использования полимеров человеком началась с середины 19 века, когда она вошла в химическую модификацию природных полимеров в 1839 году C. Goodyear обнаружил критический прогресс в исследованиях вулканизации каучука, которая превратила натуральный каучук в практический инженерный материал. [2] В 1870 году компания JW Hyatt использовала камфору для пластификации нитроцеллюлозы для промышленного производства нитроцеллюлозных пластиков. 1907 г. Л. Бэкеланд сообщил о синтезе первой термореактивной фенольной смолы, которая была промышленно внедрена в 1920-е годы, первого синтетического пластика. [3] В 1920 году Х. Стэндингер предположил, что полимеры представляют собой длинноцепочечные молекулы, которые связаны структурными единицами посредством общих ковалентных связей. [4]Этот вывод лег в основу современной науки о полимерах. Впоследствии Каротерс разделил синтетические полимеры на две широкие категории, а именно на поликонденсат, полученный реакцией поликонденсации, и полимер присоединения, полученный реакцией полиприсоединения. 1950-е К. Циглер и Г. Натта открыли катализатор координационной полимеризации и положили начало эре синтеза стереорегулярных полимеров. За десятилетия, прошедшие после создания концепции макромолекул, синтез высокомолекулярных полимеров достиг быстрого развития, и многие важные полимеры были введены в промышленное производство один за другим.

Классификация [ править ]

Основное разделение полимеров на термопласты , эластомеры и термореактивные пластмассы помогает определить области их применения.

Термопласты [ править ]

Термопласт - это пластик, который обладает свойствами смягчения при нагревании и упрочнения при охлаждении. Большинство пластиков, которые мы используем в повседневной жизни, попадают в эту категорию. Он становится мягким и даже течет при нагревании, а охлаждение становится жестким. Этот процесс обратимый и может повторяться. Термопласты имеют относительно низкие модули растяжения , но также обладают более низкой плотностью и такими свойствами, как прозрачность, что делает их идеальными для потребительских товаров и медицинских изделий . Они включают полиэтилен , полипропилен , нейлон , ацетальную смолу , поликарбонат и ПЭТ., все из которых являются широко используемыми материалами. [5]

Эластомеры [ править ]

Эластомера обычно относится к материалу , который может быть восстановлен в исходное состояние после снятия внешней силы, в то время как материал , имеющий эластичность не обязательно является эластомер. Эластомер деформируется только при слабом напряжении, и напряжение может быть быстро восстановлено до полимерного материала, близкого к исходному состоянию и размеру. Эластомеры - это полимеры с очень низкими модулями и обратимым растяжением при деформации, что является ценным свойством поглощения и гашения вибрации. Они могут быть либо термопластичными (в этом случае они известны как термопластические эластомеры ), либо сшитыми, как в большинстве обычных резиновых изделий, таких как шины . Обычно используемые каучуки включают натуральный каучук ,нитрильный каучук , полихлоропрен , полибутадиен , стирол-бутадиен и фторированные каучуки.

Термореактивные материалы [ править ]

Термореактивной смолы используют в качестве основного компонента, а также пластик , который образует продукт , образованный сшивающего процесса отверждения в сочетании с различными необходимыми добавками. Он является жидким на ранней стадии процесса производства или формования, нерастворим и неплавлен после отверждения, и его нельзя снова расплавить или размягчить. Обычными термореактивными пластиками являются фенольные пластики, эпоксидные пластики, аминопласты, ненасыщенные сложные полиэфиры, алкидные пластики и т.п. Термореактивные пластмассы и термопласты вместе составляют два основных компонента синтетических пластиков. Термореактивные пластмассы делятся на два типа: тип сшивания формальдегидом и тип сшивания другого типа.

Термореактивные материалы включают фенольные смолы , полиэфиры и эпоксидные смолы , которые широко используются в композитных материалах при армировании жесткими волокнами, такими как стекловолокно и арамиды . Поскольку сшивание стабилизирует термореактивную полимерную матрицу этих материалов, они имеют физические свойства, более похожие на традиционные конструкционные материалы, такие как сталь . Однако их гораздо более низкая плотность по сравнению с металлами делает их идеальными для легких конструкций. Кроме того, они меньше страдают от усталости , поэтому идеально подходят для критически важных для безопасности детали, которые регулярно подвергаются нагрузкам в процессе эксплуатации.

Материалы [ править ]

Пластик [ править ]

Пластик - это полимерный состав, который полимеризуется путем полиприсоединения и поликонденсации . Вы можете свободно менять состав и форму. Он состоит из синтетических смол и наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов, смазок, красителей и других добавок. [6] Основным компонентом пластика является смола . Смола означает, что в полимерный состав не были добавлены различные добавки. Термин смола был первоначально назван для выделения масла из растений и животных, такого как канифоль и шеллак.. Смола составляет примерно 40% - 100% от общего веса пластика. Основные свойства пластмасс в основном определяются природой смолы, но добавки также играют важную роль. Некоторые пластмассы в основном состоят из синтетических смол с добавками или без таких добавок, как оргстекло , полистирол и т. Д. [7]

Волокно [ править ]

Волокно относится к непрерывной или прерывистой нити из одного вещества. Волокна животных и растений играют важную роль в сохранении тканей. Волокна широко используются, из них можно сплетать хорошие нити, концы ниток и пеньковые канаты. Их также можно сплетать в волокнистые слои при изготовлении бумаги или войлока. Они также обычно используются для изготовления других материалов вместе с другими материалами для образования композитов. Поэтому будь то натуральный или синтетический волокнистый нитевидный материал. В современной жизни волокно применяется повсеместно, и существует множество высокотехнологичных продуктов. [8]

Резина [ править ]

Резина относится к высокоэластичным полимерным материалам и обратимым формам. Он эластичен при комнатной температуре и может деформироваться под действием небольшой внешней силы. После снятия внешней силы он может вернуться в исходное состояние. Каучук - это полностью аморфный полимер с низкой температурой стеклования и большой молекулярной массой, часто превышающей несколько сотен тысяч. Высокоэластичные полимерные смеси можно разделить на натуральный каучук и синтетический каучук. Обработка натурального каучука позволяет извлекать из растений резиновую и травяную резину; синтетический каучук полимеризуется различными мономерами. Резину можно использовать как эластичный, изолирующий, водонепроницаемый, воздухонепроницаемый материал.

Приложения [ править ]

Стелс-бомбардировщик B-2 Spirit ВВС США .

Полиэтилен [ править ]

Обычно используемые полиэтилены можно разделить на полиэтилен низкой плотности (LDPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE) и линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE). Среди них HDPE имеет лучшие термические, электрические и механические свойства, в то время как LDPE и LLDPE имеют лучшую гибкость, ударные свойства и свойства образования пленки. LDPE и LLDPE в основном используются для пластиковых пакетов, пластиковой упаковки, бутылок, труб и контейнеров; HDPE широко используется в различных областях, таких как пленка, трубопроводы и предметы первой необходимости, поскольку он устойчив ко многим различным растворителям. [9]

Полипропилен [ править ]

Полипропилен широко используется в различных сферах применения из-за его хорошей химической стойкости и свариваемости. Он имеет самую низкую плотность среди товарных пластиков. Он обычно используется в упаковочных приложениях, потребительских товарах, автоматических приложениях и медицинских приложениях. Полипропиленовые листы широко используются в промышленном секторе для производства емкостей для кислоты и химикатов, листов, труб, возвратной транспортной упаковки (RTP) и т. Д. Благодаря своим свойствам, таким как высокая прочность на разрыв, устойчивость к высоким температурам и коррозионная стойкость. [10]

Композиты [ править ]

Велосипед из углеродного волокна для испытаний на время с аэродинамическими колесами и аэродинамическими рулями.

Типичные применения композитов - это монококовые конструкции для авиакосмической и автомобильной промышленности , а также более приземленные изделия, такие как удочки и велосипеды . Стелс - бомбардировщик был первым все-композитный самолет, но многие пассажирские самолеты , как Airbus и Boeing 787 использование растет доля композитов в их фюзеляжей, например, гидрофобного меламиновой пены . [11]Совершенно разные физические свойства композитов дают дизайнерам гораздо большую свободу в формировании деталей, поэтому композитные изделия часто выглядят иначе, чем обычные изделия. С другой стороны, некоторые продукты, такие как карданные валы , лопасти винта вертолетов и пропеллеры, выглядят идентично металлическим прекурсорам из-за основных функциональных потребностей таких компонентов.

Биомедицинские приложения [ править ]

Биоразлагаемые полимеры широко используются во многих биомедицинских и фармацевтических целях. Они считаются очень перспективными для устройств контролируемой доставки лекарств . Биоразлагаемые полимеры также обладают большим потенциалом для лечения ран, ортопедических устройств, стоматологии и тканевой инженерии . В отличие от небиоразлагаемых полимеров, они не требуют второго этапа удаления из организма. Биоразлагаемые полимеры разрушаются и поглощаются организмом после того, как они послужили своей цели. С 1960 года полимеры, полученные из гликолевой кислоты и молочной кислоты , нашли множество применений в медицинской промышленности. Полилактаты (PLA)популярны для систем доставки лекарств из-за их быстрой и регулируемой скорости разложения. [12]

Мембранные технологии [ править ]

Мембранные методы успешно используются для разделения в жидкостных и газовых системах в течение многих лет, а полимерные мембраны используются чаще всего, потому что они имеют более низкую стоимость производства и их легко модифицировать, что делает их пригодными для различных процессов разделения. Полимеры помогают во многих областях, включая применение для разделения биологически активных соединений, протонообменных мембран для топливных элементов и мембранных подрядчиков для процесса улавливания диоксида углерода.

Связанный майор [ править ]

  • Нефть / Химия / Минералы / Геология
  • Сырье и обработка
  • Новая энергия
  • Автомобили и запчасти
  • Прочие отрасли
  • Электронные технологии / полупроводники / интегральные схемы
  • Машины / Оборудование / Тяжелая промышленность
  • Медицинское оборудование / инструменты

См. Также [ править ]

  • Пластмассовая инженерия
  • Полимерная наука
  • Полимеры
  • Медицинский силикон
  • Категория: Ученые и инженеры-полимеры

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Шарма, Раджив (январь 1991 г.). «Удобное использование аппликаторов для ПТЛК». Журнал химического образования . 68 (1): 70. Bibcode : 1991JChEd..68 ... 70S . DOI : 10.1021 / ed068p70 . ISSN  0021-9584 .
  2. ^ Мейстер, Джон Дж. Модификация полимера: принципы, методы и приложения . ISBN 9781482269819. OCLC  1075130719 .
  3. ^ Rezwan, K .; Чен, QZ; Блейкер, Джей Джей; Боккаччини, Альдо Роберто (июнь 2006 г.). «Биоразлагаемые и биоактивные пористые полимерные / неорганические композитные каркасы для инженерии костной ткани». Биоматериалы . 27 (18): 3413–3431. DOI : 10.1016 / j.biomaterials.2006.01.039 . ISSN 0142-9612 . PMID 16504284 .  
  4. ^ "Нелинейная Вязкоупругость", Polymer Engineering Science и вязкоупругости (PDF) ., Springer США, 2008, стр 327-364, DOI : 10.1007 / 978-0-387-73861-1_10 , ISBN  9780387738604
  5. ^ "Термопласты :: PlasticsEurope" . www.plasticseurope.org . Проверено 25 января 2019 .
  6. ^ Ларсон, Рональд Г. (2014). Определяющие уравнения для полимерных расплавов и растворов: серия Баттерворта в химической инженерии . Elsevier Science. ISBN 9781483162867. OCLC  1040036368 .
  7. ^ Принципы полимерных систем 5-е издание . 2003-07-29. DOI : 10.1201 / b12837 . ISBN 9780203428504.
  8. ^ Хо, Питер KH (2000-03-30). Инженерия интерфейса на молекулярном уровне для полимерных светодиодов . Издательская группа "Природа". OCLC 927049007 . 
  9. ^ Хо, Питер KH (2000-03-30). Инженерия интерфейса на молекулярном уровне для полимерных светодиодов . Издательская группа "Природа". OCLC 927049007 . 
  10. ^ «Полипропилен (PP) пластик: типы, свойства, использование и информация о структуре» . omnexus.specialchem.com . Проверено 17 марта 2019 .
  11. ^ http://www.polytechinc.com/news/08232013-recognized-by-theboeingcompany
  12. ^ Бартош Tylkowski; Каролина Вещицкая; Рената Ястрзоб, ред. (2017-09-25). Полимерная инженерия . ISBN 9783110469745. OCLC  1011405606 .

Библиография [ править ]

  • Льюис, Питер Рис и Гагг, C, Судебная полимерная инженерия: Почему полимерные продукты не работают , Woodhead / CRC Press (2010).

Внешние ссылки [ править ]

  • Полимерные структуры