Wissenswertes über Polymere

Polymere sind heute um uns herum weit verbreitet, obwohl es eine Vielzahl unterschiedlicher Typen und unterschiedlicher Klassifikationen gibt. In einem früheren Beitrag haben wir diese verschiedenen Arten von Kunststoffen als Standardkunststoffe und Spezialkunststoffe erklärt. Wir haben auch die Anwendung und einige Vorteile von Kunststoffen gesehen. Ich möchte, dass du es dir ansiehst!

Lesen Sie alles, was Sie über Plastik wissen müssen

Nun, heute werden wir uns genauer mit der Definition, dem Aggregatzustand, den Eigenschaften und den Zusatzstoffen von Polymeren befassen. Wir werden auch zwischen Thermoplast und Duroplast unterscheiden.

Was sind Polymere?

Polymere sind chemische Verbindungen, deren Moleküle extrem groß sind und wie eine lange Kette aussehen, die aus einer scheinbar endlosen Reihe miteinander verbundener Glieder besteht. Die Größe dieser Moleküle wird als außergewöhnlich erklärt und beträgt Tausende und sogar Millionen von atomaren Masseneinheiten. Die Größe des Moleküls, der physikalische Zustand und die Struktur sind die einzigartigen Eigenschaften, für die ein Kunststoff bekannt ist und die ihm die Fähigkeit verleihen, geformt und geformt zu werden.

Thermoplast und Duroplast

Wie bereits erwähnt, werden Polymere, die als Kunststoffe klassifiziert werden, in zwei Hauptkategorien unterteilt:Thermoplaste und Duroplaste.

Thermoplaste wie Polyethylen und Polystyrol sind Kunststoffe, die wiederholt geformt und umgeformt werden können. Um es weiter auszudrücken, ein Becher aus geschäumtem Polystyrol kann erhitzt und in eine neue Form umgeformt werden – vielleicht eine Schüssel oder einen Teller.

Eine thermoplastische Polymerstruktur ist die aus einzelnen Molekülen, die voneinander getrennt sind und aneinander vorbeifließen. diese Moleküle können ein extrem hohes oder niedriges Molekulargewicht haben. Sie können eine verzweigte oder lineare Struktur aufweisen, haben aber dennoch das Merkmal der Trennbarkeit und der daraus resultierenden Mobilität. Polymere dieser Art sind als Massenkunststoffe bekannt.

Andererseits sind Duroplaste Polymere, die nicht durch erneutes Erhitzen wiederaufbereitet werden können. Dies liegt daran, dass duroplastische Harze während der anfänglichen Verarbeitung einer chemischen Reaktion unterliegen, die sie unschmelzbar und unlöslich macht. Wenn ein Polymer in einem solchen Verfahren hergestellt wird, kann eine Nachbearbeitung oder Erwärmung dazu führen, dass die Anwendung zusammenbricht.

Physikalischer Zustand und molekulare Morphologien von Polymeren

Das plastische Verhalten von Polymeren kann auch durch ihre Morphologie oder Anordnung von Molekülen in großem Maßstab beeinflusst werden. Daher können Polymermorphologien entweder amorph oder kristallin sein. Die amorphen Moleküle sind zufällig angeordnet und miteinander verflochten. Während kristalline Moleküle eng und nicht erkennbar angeordnet sind.

Duroplaste sind dafür bekannt, dass sie amorph sind, während Thermoplaste entweder amorph oder teilkristallin sind. Die halbkristallinen Materialien weisen kristalline Bereiche auf, die als Kristallite bekannt sind, innerhalb einer amorphen Matrix.

Es ist bekannt, dass thermoplastische Materialien ihre geformten Formen bis zu einer bestimmten Temperatur beibehalten. Diese wird durch die Glasübergangstemperatur bzw. die Schmelztemperatur des jeweiligen Polymers eingestellt. Darunter wird die Temperatur als Glasübergangstemperatur (T_g) bezeichnet ). die Moleküle eines Polymermaterials werden gefroren, was auch als glasiger Zustand bezeichnet wird; wo es wenig oder keine Bewegung von Molekülen gibt, die aneinander vorbeigehen. Dadurch wird das Material steifer und sogar spröde.

Oberhalb der Glasübergangstemperatur T_g gehen die amorphen Teile des Polymers in den gummiartigen Zustand über. Das heißt, die Moleküle zeigen eine erhöhte Beweglichkeit und das Material wird plastisch und sogar elastisch, dh dehnbar.

Bei nicht kristallinen Polymeren wie Polystyrol führt eine Temperaturerhöhung direkt weiter zum flüssigen Zustand. Andererseits wird bei teilkristallinen Polymeren wie Polyethylen niedriger Dichte oder Polyethylenterephthalat der flüssige Zustand erst bei der Schmelztemperatur (T_m ) ist bestanden.

Jenseits dieses Punktes sind die kristallinen Bereiche nicht mehr stabil und die kautschukartigen oder flüssigen Polymere können geformt oder extrudiert werden. Da Duroplaste beim Vorwärmen nicht schmelzen, können sie bis zu einer Temperatur formstabil sein, bei der der chemische Abbau einsetzt.

Eigenschaften von Polymeren

Der physikalische Zustand und die Morphologie eines Polymers spielen eine perfekte Rolle für seine mechanischen Eigenschaften. Die Unterschiede in ihrem mechanischen Verhalten sind die Dehnung, die auftritt, wenn Kunststoff auf Zug belastet (beansprucht) wird.

Beispielsweise ist ein glasartiges Polymer wie Polystyrol ziemlich steif und zeigt ein hohes Verhältnis von Anfangsspannung zu Anfangsdehnung. Wohingegen Polyethylen und Polypropylen, zwei hochkristalline Kunststoffe, als Folien und Formkörper verwendet werden können. Dies liegt daran, dass ihre amorphen Bereiche bei Raumtemperatur weit über ihrer Glasübergangstemperatur liegen.

Die ledrige Zähigkeit dieser Polymere über dem Glasübergang T_g ergibt sich aus den kristallinen Regionen, die in einer amorphen, gummiartigen Matrix existieren. Diese Kunststoffe haben die Möglichkeit einer Dehnung von 100 bis 1000 Prozent.

Da der Glasübergang T_g von PET (einem anderen halbkristallinen Kunststoff) über Raumtemperatur liegt, liegen die kristallinen Anteile in einer glasartigen Matrix vor. Dadurch erhält das Material Steifigkeit und hohe Formstabilität unter Belastung, was in Getränkeflaschen und Tonbändern von großem Vorteil ist.

Es ist bekannt, dass fast alle Kunststoffe eine gewisse Dehnung aufweisen, wenn sie belastet werden, die sich nicht erholt, wenn die Spannung beseitigt wird. Dieser Zustand wird als „Kriechen“ bezeichnet, das bei Kunststoff, der weit unter seinem T_g liegt, sehr gering sein kann . sie kann für einen teilkristallinen Kunststoff signifikant sein, der über T_g liegt .

Sehen Sie sich das Video über die Eigenschaften von Polymeren an:

Die am häufigsten spezifizierten mechanischen Eigenschaften von Polymeren umfassen Bruchspannung, Steifigkeit, Zugfestigkeit und werden in der Tabelle der Eigenschaften und Anwendungen als Biegemodul quantifiziert. Zähigkeit ist eine weitere wichtige Eigenschaft eines Polymers, nämlich die Energie, die das Polymer vor dem Versagen absorbiert hat. Dies ist oft das Ergebnis eines plötzlichen Aufpralls. Wiederholte Belastung unterhalb der Zugfestigkeit von Kunststoff_t ic kann zu einem Ermüdungsbruch führen.

Fast alle Kunststoffe sind schlechte Wärmeleiter; Die Leitfähigkeit kann weiter reduziert werden, wenn ein Gas (normalerweise Luft) in das Material eingebracht wird. Beispielsweise hat geschäumtes Polystyrol, das in Bechern für Heißgetränke verwendet wird, eine Wärmeleitfähigkeit von etwa einem Viertel des ungeschäumten Polymers. Auch Kunststoffe sind nur dann elektrische Isolatoren, wenn sie auf Leitfähigkeit ausgelegt sind; neben der Leitfähigkeit ist bei Kunststoffen auch die Durchschlagsfestigkeit (Durchschlagsfestigkeit bei hohen Spannungen) wichtig. Es ist auch wichtig als dielektrischer Verlust (ein Maß für die Energie, die als Wärme abgegeben wird, wenn ein Wechselstrom angelegt wird).

Polymeradditive

Ein Additiv kann auch als ein Inhaltsstoff bezeichnet werden, der mit einem Polymer kombiniert wird, um eine Reihe von Eigenschaften zu erreichen, die für das Produkt geeignet sind. In vielen Kunststoffprodukten ist das Polymer jedoch nur ein Bestandteil. Die Kombination anderer Zusatzstoffe wird während der Verarbeitung und Herstellung gemischt.

Im Folgenden werden die Additive erläutert, die im Polymer verwendet werden, um ein geeignetes Produkt zu erhalten.

Weichmacher:

Der Weichmacher dient zur Veränderung des Glasübergangs T_g eines Polymers. Beispielsweise wird ein Polyvinylchlorid (PVC) häufig mit nichtflüchtigen Flüssigkeiten gemischt, um den Glasübergang zu verändern. Die in Wohnhäusern verwendete Vinylverkleidung erfordert ein weichmacherfreies Hart-PVC mit einem T_g von 85 bis 90 ⁰ C (185 bis 195 ⁰ F). Ein PVC-Gartenschlauch sollte jedoch auch bei 0 ⁰ flexibel bleiben C (32 ^o F).

Es gibt viele weitere Polymere, die weichgemacht werden können, aber PVC ist einzigartig darin, Weichmacher mit stark variierender Molekülgröße und chemischer Zusammensetzung aufzunehmen und zurückzuhalten. Der Weichmacher kann sich auch auf die Entflammbarkeit, den Geruch, die biologische Abbaubarkeit und sogar die Kosten des fertigen Produkts auswirken.

Farbstoffe:

Da das endgültige Erscheinungsbild von Kunststoffprodukten ansprechend sein muss, ist die Einbeziehung von Farbstoffen während der Verarbeitung und Herstellung notwendig. Die beliebten Pigmente zum Färben von Kunststoffen sind Titandioxid und Zinkoxid (weiß), Kohlenstoff (schwarz) und verschiedene andere anorganische Oxide wie Eisen und Chrom. Einige andere organische Verbindungen können verwendet werden, um Farbe hinzuzufügen, entweder als Pigmente (unlöslich) oder als Farbstoffe (löslich).

Verstärkungen:

Wie der Name schon sagt, werden Verstärkungen eingesetzt, um die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen zu verbessern. Als teilchenförmige Füllstoffe können eine Vielzahl von Materialien wie Silica, Ruß, Talk, Glimmer und Calciumcarbonat sowie Kurzfasern eingearbeitet werden. Die Verwendung von Lang- oder sogar Endlosfasern als Verstärkung, insbesondere bei Duroplasten, kann weiter unten in Faserverstärkung beschrieben werden.).

Das Einbringen großer Mengen an teilchenförmigem Füllstoff während der Herstellung von Kunststoffen wie Polypropylen und Polyethylen kann deren Steifheit erhöhen. Der Effekt kann weniger dramatisch sein, wenn die Temperatur unter der T_g des Polymers liegt .

Stabilisatoren:

Stabilisatoren helfen, die Langlebigkeit und Nutzungsdauer in jeder Anwendung zu verbessern. Die Eigenschaften des Kunststoffs so wenig wie möglich mit der Zeit. Stabilisatoren werden meist in geringen Mengen zugesetzt, um Alterungserscheinungen entgegenzuwirken. Da alle Polymere auf Kohlenstoffbasis der Oxidation unterliegen, sind die üblichen verwendeten Stabilisatoren Antioxidantien. Gehinderte Phenole und tertiäre Amine werden in Kunststoffen in Konzentrationen von nur wenigen Teilen pro Million verwendet.

Schlussfolgerung

Polymere sind die übliche Form zur Beschreibung von Kunststoffen, sie sind in verschiedenen Formen erhältlich und können verarbeitet werden, um unterschiedliche Eigenschaften zu erhalten. In diesem Artikel haben wir die Definition, physikalische und molekulare Morphologie und Additive von Polymeren gesehen. Wir haben auch den Unterschied zwischen Thermoplasten und Duroplasten gesehen.

Ich hoffe, Sie genießen die Lektüre, wenn ja, kommentieren Sie bitte Ihren Lieblingsabschnitt dieses Beitrags und vergessen Sie bitte nicht, ihn mit anderen technischen Studenten zu teilen. Danke!