En el mundo, los productos de materiales poliméricos son los materiales más jóvenes. No sólo se utilizan en diversos campos industriales, sino que también han llegado a todos los hogares. Su producción tiende a superar la de los materiales metálicos, que serán el pilar material más activo del siglo XXI. Los materiales poliméricos se pueden encontrar en todas partes a nuestro alrededor. A nuestro entender, los materiales poliméricos son materiales basados en compuestos poliméricos. Los materiales poliméricos se clasifican según sus propiedades en caucho, fibras, plásticos, adhesivos poliméricos, recubrimientos poliméricos y compuestos de matriz polimérica. Hoy quiero centrarme en estudiar las características, ventajas y desventajas de varios materiales poliméricos.
A partir del conocimiento de química que hemos aprendido antes, podemos saber que los materiales poliméricos son en realidad compuestos orgánicos, y los compuestos orgánicos son compuestos de elementos de carbono. Además de los átomos de carbono, otros elementos son principalmente hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc. Se pueden formar estructuras estables entre átomos de carbono y entre átomos de carbono y átomos de otros elementos. Los átomos de carbono son tetravalentes y cada enlace univalente puede contener un átomo de hidrógeno. Por tanto, se pueden formar una gran cantidad de compuestos orgánicos con diferentes estructuras. El número total de compuestos orgánicos se acerca a los 10 millones, lo que supera con creces la suma de otros compuestos elementales, y constantemente se sintetizan nuevos compuestos orgánicos. De esta forma, los compuestos orgánicos tienen funciones únicas debido a la formación de diferentes estructuras especiales. Algunas estructuras orgánicas (también llamadas grupos funcionales) pueden sustituirse en los polímeros. Cambiar las propiedades del polímero. El peso molecular de los polímeros es enorme, al menos diez mil, o de millones a millones, por eso la gente los llama polímeros, macromoléculas o polímeros. Los materiales poliméricos incluyen tres tipos de materiales sintéticos, a saber, plásticos, fibras sintéticas y caucho sintético (llamado resina antes del procesamiento).
1. Caucho
El caucho es un polímero lineal flexible. El caucho es una polimerización del hidrocarburo elástico isopreno y existe en forma de emulsión cuando no se procesa. El látex de caucho se puede obtener de la savia de algunas plantas o puede ser artificial. También es uno de los materiales poliméricos más comunes. La fuerza de valencia entre las cadenas moleculares es pequeña y las cadenas moleculares son flexibles. Bajo la acción de una fuerza externa, puede producirse una gran deformación y puede volver rápidamente a su forma original una vez que se elimina la fuerza externa. El caucho es un polímero completamente amorfo con una baja temperatura de transición vítrea (Tg) y un gran peso molecular, superior a cientos de miles. Debido a que las cadenas moleculares del caucho pueden reticularse, el caucho reticulado tiene la capacidad de recuperarse rápidamente y tiene buenas propiedades físicas y mecánicas y estabilidad química cuando se deforma por fuerzas externas. Por lo tanto, el caucho es la materia prima básica de la industria del caucho y se utiliza ampliamente en la fabricación de productos de caucho como neumáticos, mangueras, cintas y cables.
El caucho se divide en caucho natural y caucho sintético según las materias primas.
A partir de la estructura del caucho, no es difícil encontrar que la estructura general del caucho no vulcanizado se analiza a partir de la estructura lineal. Debido a su gran peso molecular, toma forma de finas esferas sin fuerza externa. Cuando se aplica y elimina una fuerza externa, el grado de entrelazamiento de las partículas finas cambia y las cadenas moleculares rebotan, lo que produce una fuerte tendencia a recuperarse. Este es el origen de la alta elasticidad del caucho.
El caucho tiene buenas propiedades integrales y es ampliamente utilizado. Incluye principalmente: ①Caucho natural. Fabricado con látex de árbol de hevea, tiene buena elasticidad, alta resistencia y buen rendimiento general. ②Caucho de isopreno. El nombre completo es caucho cis-1,4-poliisopreno, que es un caucho sintético con alto contenido de cis hecho de isopreno debido a que su estructura y propiedades son similares al caucho natural, también se le llama caucho natural sintético. ③Caucho de estireno-butadieno. SBR, para abreviar, tiene un buen rendimiento integral y estabilidad química. ④Caucho de butadieno. En comparación con otros cauchos de uso general, el caucho de butadieno vulcanizado tiene excelente resistencia al frío, resistencia al desgaste y elasticidad, genera menos calor bajo carga dinámica, tiene buena resistencia al envejecimiento y puede usarse fácilmente con caucho natural, caucho de cloropreno y caucho de nitrilo.
Luego introduciremos gomas especiales. El caucho especial se refiere al caucho con ciertas propiedades especiales. Incluyendo principalmente: ①Goma de neopreno. CR, para abreviar, se polimeriza a partir de cloropreno. Tiene buenas propiedades integrales, que incluyen resistencia al aceite, retardo de llama, resistencia a la oxidación y resistencia al ozono. Sin embargo, tiene alta densidad, es fácil de cristalizar y endurecer a temperatura ambiente, tiene malas propiedades de almacenamiento y poca resistencia al frío. ②Caucho de nitrilo. El NBR, denominado NBR, se polimeriza a partir de butadieno y acrilonitrilo. Buena resistencia al aceite y al envejecimiento, se puede utilizar durante mucho tiempo en aire a 120 ℃ o en aceite a 150 ℃.
Además, es resistente al agua, hermético y tiene excelentes propiedades adhesivas. ③Caucho de silicona. La cadena principal consta de átomos de silicio y átomos de oxígeno alternados, con grupos orgánicos en los átomos de silicio. Resistencia a altas y bajas temperaturas, resistencia al ozono y buen aislamiento eléctrico. (4) Caucho flúor. Caucho sintético que contiene átomos de flúor en su estructura molecular. Generalmente se expresa por el número de átomos de flúor en la unidad que contiene flúor en el polímero, como el caucho de flúor 23, que es un polímero de fluoruro de vinilideno y clorotrifluoroetileno. El caucho flúor es resistente a altas temperaturas, aceite y corrosión química. (5) Caucho de polisulfuro. Se forma por polimerización por condensación de dihaluros y polisulfuros de metales alcalinos o alcalinotérreos. Tiene una excelente resistencia al aceite y a los disolventes, pero su resistencia no es alta, su resistencia al envejecimiento y su procesabilidad no son buenas y tiene un olor desagradable. Se utiliza principalmente con caucho de nitrilo. Además, existen caucho de poliuretano, caucho de clorhidrina, caucho acrílico, etc.
2. Plástico
Todos sabemos que el plástico se puede utilizar en todas partes debido a su portabilidad y bajo costo. Echemos un vistazo a las propiedades y usos del plástico.
El plástico es un compuesto polimérico sintético que puede cambiar de forma libremente. El plástico es una sustancia que se polimeriza a partir de materias primas monoméricas mediante síntesis o reacción de condensación. Está compuesto de resinas sintéticas, cargas, plastificantes, estabilizadores, lubricantes, pigmentos y otros aditivos. Su componente principal es la resina sintética.
La definición amplia de plástico se refiere a materiales con comportamiento plástico. La llamada plasticidad se refiere a la deformación cuando se aplica una fuerza externa y a la capacidad de mantener el estado cuando se elimina la fuerza externa. El módulo de elasticidad del plástico se encuentra entre el del caucho y la fibra y puede deformarse hasta cierto punto cuando se somete a fuerza. El plástico blando está cerca del caucho, el plástico duro está cerca de la fibra. Los plásticos en un sentido estricto se definen como aquellos que tienen resina (o directamente polimerizados con monómeros durante el procesamiento) como componente principal, con aditivos como plastificantes, cargas, lubricantes y colorantes como componentes auxiliares, y pueden tomar forma durante el procesamiento.
Comparado con otros materiales, el plástico tiene las siguientes características.
"Resistencia a la Corrosión Química"
< 2 >Brillante, parcialmente transparente o translúcido.
< 3 >La mayoría son buenos aislantes.
<4>Ligero y resistente
<5>Fácil de procesar, producido en masa y de bajo precio.
↓6↓Tiene una amplia gama de usos, varias funciones, es fácil de colorear y es parcialmente resistente a altas temperaturas.
Los plásticos se dividen en plásticos generales y plásticos de ingeniería, que se definen principalmente por su amplia gama de usos. Por ejemplo, el PE y el PP son baratos y pueden producirse en muchos tipos diferentes de máquinas. Los plásticos de ingeniería son más caros, pero la estabilidad y las propiedades físicas de las materias primas son mucho mejores. En términos generales, tienen una combinación de rigidez y dureza.
La mayoría de los plásticos son muy resistentes a la corrosión y no reaccionan con ácidos y álcalis. El plástico es barato de fabricar. Durable, impermeable, liviano y fácil de moldear en diferentes formas. Es un buen aislante. Los plásticos se pueden utilizar para preparar fueloil y gas, lo que puede reducir el consumo de petróleo crudo.
Sin embargo, también tiene muchas desventajas, por ejemplo, cuando se reciclan residuos de plástico, es difícil de clasificar y antieconómico. El plástico se quema fácilmente y produce gases tóxicos cuando se quema. El plástico es un producto refinado del petróleo y los recursos petroleros son limitados.
Según las diferentes propiedades físicas y químicas de los distintos plásticos, los plásticos se pueden dividir en plásticos termoendurecibles y plásticos termoplásticos.
El moldeado de plástico es el proceso mediante el cual se elaboran productos plásticos finales a partir de polímeros producidos por fabricantes de resinas sintéticas. Los métodos de procesamiento (generalmente refiriéndose al procesamiento de plástico de una sola vez) incluyen moldeo por compresión (moldeo por compresión), moldeo por extrusión (extrusión), moldeo por inyección (moldeo por inyección), moldeo por soplado (moldeo hueco), moldeo por calendario, etc.
Después de una larga lucha y apertura, la industria del plástico de China ha formado un sistema industrial relativamente completo y se ha convertido en una industria de materiales básicos que sigue el ritmo del acero, el cemento y la madera. Como material nuevo, sus campos de aplicación han superado con creces los de los tres materiales anteriores. Desde principios del siglo XXI, la industria del plástico de China ha logrado logros de renombre mundial y ha logrado avances históricos. Como una de las industrias pilares de la industria ligera, la industria del plástico ha mantenido una tasa de crecimiento de más del 10% en los últimos años. Si bien mantiene una rápida tasa de desarrollo, sus beneficios económicos también han mejorado.
El valor de producción total de las empresas de tamaño superior al designado en la industria de productos plásticos ocupa el tercer lugar entre las 19 principales industrias de la industria ligera, y la tasa de ventas de productos es de 97,8, que es más alta que el nivel promedio de la industria ligera. Desde la perspectiva de la producción de resinas sintéticas, maquinaria plástica y productos plásticos, la industria del plástico de China tiene un fuerte impulso de desarrollo.
La tecnología del plástico se está desarrollando rápidamente. Se puede decir que el desarrollo de nuevos materiales para nuevas aplicaciones, la mejora del rendimiento de los materiales existentes en el mercado y la mejora del rendimiento de aplicaciones especiales son varias direcciones importantes para el desarrollo de nuevos materiales y la innovación de aplicaciones.
1 es un nuevo tipo de bioplástico de alta conductividad térmica. Este bioplástico no solo tiene buena conductividad térmica, sino que también tiene las ventajas de ser liviano, fácil de moldear y baja contaminación ambiental. Puede utilizarse para producir marcos delgados y livianos para productos electrónicos como computadoras y teléfonos móviles.
La película plástica que cambia de color combina efectos ópticos naturales y efectos ópticos artificiales, y en realidad es un nuevo método para cambiar con precisión el color de los objetos.
3 Sangre plástica, investigadores de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido han desarrollado una "sangre plástica" artificial que parece una pasta pegajosa. Siempre que esté disuelto en agua, se puede transfundir a los pacientes y utilizar como sustituto de la sangre durante los primeros auxilios.
Nuevo plástico antibalas, este nuevo material se deformará temporalmente tras ser impactado por una bala, pero pronto volverá a su forma original y podrá seguir utilizándose. Además, este nuevo material puede distribuir uniformemente el impacto de la bala, reduciendo así el daño al cuerpo humano.
Plásticos que reducen el ruido del coche. Este material se utiliza principalmente para revestimientos de carrocerías y pasos de ruedas para crear una capa de barrera que puede absorber el sonido en la cabina y reducir el ruido entre un 25 y un 30%.
Con la exploración continua de la ciencia y la tecnología y el desarrollo continuo de la investigación de materiales, creo que surgirán cada vez más productos plásticos nuevos y, para entonces, podrán beneficiar mejor a la humanidad.
3. Fibra
Fibra: Tras ciertos procesos mecánicos (tracción, estiramiento, conformación, etc.), el polímero forma filamentos finos y suaves. ) para formar fibras. La fibra tiene las características de un módulo elástico grande, una pequeña deformación bajo tensión, una alta resistencia, una fuerte capacidad de cristalización y un peso molecular pequeño, generalmente decenas de miles.
Las fibras generalmente se dividen en fibras naturales, fibras sintéticas y fibras sintéticas.
Las fibras naturales se refieren a fibras cultivadas o formadas en la naturaleza, incluidas fibras vegetales (fibras de celulosa naturales), fibras animales (fibras proteicas naturales) y fibras minerales.
La fibra sintética es un tipo de fibra que se puede utilizar para textiles como algodón, lana y seda. Está hecha de compuestos poliméricos naturales: celulosa o proteínas como materia prima (como madera, algodón). guata, paja, caña de azúcar Se elabora a partir de fibras como residuos o proteínas como leche, soja, maní, etc.) mediante una serie de tratamientos químicos y procesamiento mecánico. Como rayón, rayón, etc.
La composición química de las fibras sintéticas es completamente diferente a la de las fibras naturales. Es una sustancia orgánica extraída de sustancias que no contienen celulosa ni proteínas, como petróleo, carbón, gas natural, piedra caliza o productos agrícolas y secundarios, y luego se sintetiza químicamente y se procesa mecánicamente en fibra. Como poliéster, nailon, fibra acrílica, fibra de polipropileno, fibra de cloro, etc.
La fibra es una sustancia filamentosa natural o sintética. En la vida moderna, las aplicaciones de fibra óptica están en todas partes e implican muchas tecnologías avanzadas. Es necesario proteger los misiles de las altas temperaturas, proteger los terraplenes del colapso, proteger el cemento de las grietas, reparar los vasos sanguíneos y los nervios, todo lo cual es inseparable del "pasatiempo" de la fibra.
Ropa cómoda y protección contra el frío y el sol son nuestros requisitos iniciales de ropa, pero ahora este requisito se consigue fácilmente. La ropa hecha de fibra de carbono de algas puede permitir que las moléculas del cuerpo humano friccionen durante mucho tiempo para producir reacciones térmicas y promover la circulación sanguínea, por lo que pueden almacenar calor y mantenerse abrigados. La ropa hecha de fibra anti-UV puede reducir la molestia de sostener un paraguas. en verano.
El papel más importante de la fibra no es sólo para el uso diario. La fibra de carbono a base de viscosa ayuda a los misiles a usar "ropa resistente al calor" y puede soportar decenas de miles de grados de alta temperatura. Resistencia a la oxidación, alta estabilidad química, resistencia a la corrosión y aislamiento eléctrico, utilizado en campos aeroespaciales y militares. La fibra de poliimida se puede utilizar como ropa ignífuga de alta temperatura, ropa ignífuga de carreras, ropa protectora blindada y trajes de vuelo; los nanotubos de carbono se pueden utilizar como materiales absorbentes de ondas electromagnéticas para fabricar materiales sigilosos, materiales de protección electromagnética, materiales de protección contra la contaminación por radiación electromagnética y "cuartos oscuros". "Materiales (que absorben las olas).
La fibra también es una buena ayuda para la protección del medio ambiente.
Como plástico completamente biodegradable, el ácido poliláctico atrae cada vez más atención. El ácido poliláctico se puede convertir en películas agrícolas, sustitutos del papel, películas de papel y plástico, películas para embalaje, contenedores de alimentos, bolsas de basura domésticas, pesticidas y fertilizantes de liberación lenta, aditivos cosméticos, etc.
La fibra ha sido muy utilizada en medicina. Los textiles médicos hechos de fibra de quitina tienen las funciones de antibacteriano, desodorante, antiinflamatorio, antipicazón, hidratante y antisequedad, y para el cuidado de la piel, por lo que se pueden convertir en diversos algodones hemostáticos, vendajes, gasas, etc. que se degradará naturalmente después de ser desechado y no contaminará el medio ambiente. Los hidrogeles de poliacrilamida pueden controlar la liberación del fármaco; las suturas quirúrgicas hechas de ácido poliláctico o fibras de quitosano se degradan y absorben automáticamente una vez que la herida cicatriza, por lo que los pacientes no necesitan cirugía para retirar las suturas.
En el ámbito de la construcción, las fibras impermeables y antifisuras pueden potenciar la resistencia e impermeabilidad del hormigón. La combinación de la tecnología de fibras con la tecnología del hormigón para desarrollar fibras de polipropileno puede mejorar el rendimiento del hormigón y mejorar la calidad de la ingeniería civil. Puede proporcionar propiedades antigrietas, antifiltración, antiimpacto y antiflexión para presas, aeropuertos, carreteras y otros proyectos. Se ha utilizado en proyectos a gran escala como el Centro Nacional de Artes Escénicas y la azotea. plataforma del Centro de Comando de la Oficina de Seguridad Pública de Shanghai y el Estadio de Fútbol Hongkou de Shanghai.
Con el desarrollo de la biotecnología, las propiedades de determinadas fibras pueden venir muy bien. Las fibras mioides se pueden convertir en "músculos artificiales" y "órganos humanos". La poliacrilamida es biocompatible y ha sido un buen sustituto del tejido humano. El hidrogel de poliacrilamida puede encogerse y expandirse regularmente, simulando el movimiento de los músculos humanos.
El colágeno es la proteína más común en el cuerpo humano y se encuentra en el corazón, los globos oculares, los vasos sanguíneos, la piel, los cartílagos y los huesos, proporcionando fuerza y soporte a estos tejidos humanos. Las nanofibras sintéticas pueden formar un gel similar a un coloide en el sitio de la fractura, guiando a los minerales óseos para formar una disposición estructural similar al hueso natural alrededor de las fibras de colágeno, reparando los huesos de manera invisible.
La seda de araña siempre ha sido imitada por el ser humano. El diámetro de la seda de araña natural es de aproximadamente 4 micrones, su resistencia a la tracción es cinco veces mayor que la del acero y también tiene excelentes funciones impermeables y elásticas. Si hiciéramos una seda de araña artificial que tuviera las propiedades de la seda de araña natural, tendría una amplia gama de usos. No sólo serviría como material ideal para paracaídas y cinturones de seguridad de automóviles, sino que también podría servir como sutura quirúrgica de fácil absorción por el cuerpo.
El relleno de fibra puede mejorar eficazmente la resistencia y rigidez de los plásticos. Los plásticos reforzados con fibra son materiales estructurales rígidos.
Los plásticos reforzados con fibra tienen dos componentes principales. La matriz es de plástico termoestable o termoplástico y está rellena de material fibroso. Normalmente, la matriz tiene poca resistencia, mientras que el relleno de fibra es muy rígido pero quebradizo. En el plástico reforzado obtenido combinando los dos, las fibras soportan una gran tensión de carga y la resina de matriz soporta las fibras para transmitir cargas externas a través de la tensión de corte en la interfaz con las fibras.
En los plásticos reforzados predomina el uso de fibra de vidrio y existen muchas variedades. El vidrio libre de álcalis (vidrio E) es una fibra común con bajo contenido de óxido de metal alcalino y tiene una excelente estabilidad química y aislamiento eléctrico. La fibra de vidrio de alta resistencia (vidrio S) contiene componentes como silicato de aluminio y magnesio y es entre 10 y 50 veces más resistente que la fibra de vidrio E. Debido a las diferentes composiciones químicas y procesos de producción, existen varios tipos de fibras de vidrio con módulo alto, álcali medio y álcali alto. La fibra de carbono tiene una gran rigidez y una excelente resistencia a la corrosión y se utiliza a menudo para reforzar plásticos termoestables.
En la actualidad, la investigación internacional sobre materiales poliméricos orgánicos se fortalece y profundiza constantemente. Por un lado, se mejoran y promueven continuamente importantes materiales poliméricos orgánicos de uso general, de modo que su rendimiento continúa mejorando y su alcance de aplicación continúa ampliándose. Por ejemplo, los plásticos se suelen utilizar como materiales aislantes, pero en los últimos años, para satisfacer las necesidades de la industria electrónica, se han desarrollado plásticos conductores con excelente conductividad. Los plásticos conductores ya se utilizan para fabricar baterías y más. Se espera que sea ampliamente utilizado en la industria. Por otro lado, la investigación sobre materiales funcionales especiales estrechamente relacionados con los humanos también se intensifica constantemente y se han logrado algunos avances, como materiales poliméricos biónicos, materiales poliméricos inteligentes, etc. Este tipo de materiales poliméricos muestra potenciales perspectivas de aplicación en los campos aeroespacial, arquitectura, robótica, biónica, medicina y otros campos. En resumen, el ámbito de aplicación de los materiales poliméricos orgánicos se está ampliando gradualmente y los materiales poliméricos tendrán un impacto cada vez mayor en la producción y la vida de las personas.
Materiales de referencia: Red de materiales, nuevos materiales poliméricos orgánicos, revista de materiales compuestos, materiales poliméricos médicos, materiales de referencia de caucho, aplicaciones de procesamiento de plástico, química física, enciclopedia Baidu, fibras de alto rendimiento.
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