Polymerteknik

Polymerteknik är i allmänhet ett teknikområde som designar, analyserar och modifierar polymermaterial . Polymerteknik omfattar aspekter av den petrokemiska industrin , polymerisation , struktur och karakterisering av polymerer, egenskaper hos polymerer, blandning och bearbetning av polymerer och beskrivning av huvudpolymerer, strukturegenskapsrelationer och tillämpningar.

Historia

Ordet "polymer" introducerades av den svenske kemisten JJ Berzelius. Han ansåg till exempel att bensen (C ₆ H ₆ ) var en polymer av etyn (C ₂ H ₂ ). Senare genomgick denna definition en subtil modifiering.

Historien om mänsklig användning av polymerer har varit lång sedan mitten av 1800-talet, när det gick in i den kemiska modifieringen av naturliga polymerer. 1839 Charles Goodyear ett avgörande framsteg i forskningen om gummivulkanisering, som har förvandlat naturgummi till ett praktiskt tekniskt material. År 1870 använder JW Hyatt kamfer för att mjukgöra nitrocellulosa för att göra nitrocellulosaplaster industriella. 1907 rapporterade L. Baekeland syntesen av det första värmehärdande fenolhartset, som industrialiserades på 1920-talet, den första syntetiska plastprodukten. År 1920 föreslog H. Standinger att polymerer är långkedjiga molekyler som är förbundna med strukturella enheter genom gemensamma kovalenta bindningar. Denna slutsats lade grunden för etableringen av modern polymervetenskap. Därefter delade Carothers de syntetiska polymererna i två breda kategorier, nämligen ett polykondensat erhållet genom en polykondensationsreaktion och en additionspolymer erhållen genom en polyadditionsreaktion. På 1950-talet upptäckte K. Ziegler och G. Natta en koordinationspolymerisationskatalysator och var pionjärer för eran av syntes av stereoregulära polymerer. Under decennierna efter etableringen av begreppet makromolekyler har syntesen av höga polymerer uppnått snabb utveckling, och många viktiga polymerer har industrialiserats efter varandra.

Klassificering

Den grundläggande uppdelningen av polymerer i termoplaster , elastomerer och härdplaster hjälper till att definiera deras användningsområden.

Termoplaster

Termoplast avser en plast som har värmemjukande och kylande härdningsegenskaper. De flesta plaster vi använder i vårt dagliga liv faller inom denna kategori. Den blir mjuk och flyter jämn vid uppvärmning, och kylningen blir hård. Denna process är reversibel och kan upprepas. Termoplaster har relativt låga dragmoduler , men har också lägre densiteter och egenskaper som transparens vilket gör dem idealiska för konsumentprodukter och medicinska produkter . De inkluderar polyeten , polypropen , nylon , acetalharts , polykarbonat och PET , som alla är mycket använda material.

Elastomerer

En elastomer avser i allmänhet ett material som kan återställas till sitt ursprungliga tillstånd efter avlägsnande av en yttre kraft, medan ett material med elasticitet inte nödvändigtvis är en elastomer. Elasten deformeras endast under svag belastning, och spänningen kan snabbt återställas till ett polymermaterial nära det ursprungliga tillståndet och storleken. Elastomerer är polymerer som har mycket låga moduler och visar reversibel töjning vid töjning, en värdefull egenskap för vibrationsupptagning och dämpning. De kan antingen vara termoplastiska (i vilket fall de är kända som termoplastiska elastomerer ) eller tvärbundna, som i de flesta konventionella gummiprodukter som däck . Typiska gummin som används konventionellt inkluderar naturgummi , nitrilgummi , polykloropren , polybutadien , styren-butadien och fluorerade gummin.

Termohärdar

En härdplast används som huvudkomponent och en plast som bildar en produkt bildas genom en tvärbindande härdningsprocess i kombination med olika nödvändiga tillsatser. Det är flytande i det tidiga skedet av tillverknings- eller formningsprocessen, och det är olösligt och osmältbart efter härdning, och det kan inte smältas eller mjukas igen. Vanliga härdplaster är fenolplaster, epoxiplaster, aminoplaster, omättade polyestrar, alkydplaster och liknande. Termohärdande plaster och termoplaster utgör tillsammans de två huvudkomponenterna i syntetisk plast. Härdplaster delas in i två typer: formaldehyd tvärbindande typ och annan tvärbindande typ.

Termohärdar inkluderar fenolhartser , polyestrar och epoxihartser , som alla används i stor utsträckning i kompositmaterial när de förstärks med styva fibrer som glasfiber och aramider . Eftersom tvärbindning stabiliserar den härdade polymermatrisen av dessa material, har de fysiska egenskaper som mer liknar traditionella tekniska material som stål . Men deras mycket lägre densiteter jämfört med metaller gör dem idealiska för lätta strukturer. Dessutom lider de mindre av utmattning , så de är idealiska för säkerhetskritiska delar som utsätts för påfrestningar regelbundet under drift.

Material

Plast

Plast är en polymerförening som polymeriseras genom polyadditionspolymerisation och polykondensation . Det är fritt fram att ändra sammansättning och form. Den består av syntetiska hartser och fyllmedel, mjukgörare, stabilisatorer, smörjmedel, färgämnen och andra tillsatser. Huvudkomponenten i plast är harts . Harts innebär att polymerföreningen inte har tillsatts med olika tillsatser. Termen harts var ursprungligen uppkallad efter utsöndring av olja från växter och djur, såsom kolofonium och schellack . Harts står för cirka 40 % - 100 % av plastens totala vikt. De grundläggande egenskaperna hos plaster bestäms huvudsakligen av hartset, men även tillsatser spelar en viktig roll. Vissa plaster är i grunden gjorda av syntetiska hartser, med eller utan tillsatser som plexiglas , polystyren , etc.

Fiber

Fiber hänvisar till ett kontinuerligt eller diskontinuerligt filament av ett ämne. Djur och växtfibrer spelar en viktig roll för att upprätthålla vävnad. Fibrer används flitigt och kan vävas till bra trådar, trådändar och hamparep. De kan också vävas in i fibrösa lager när man gör papper eller känsla. De används också ofta för att göra andra material tillsammans med andra material för att bilda kompositer. Därför, oavsett om det är naturligt eller syntetiskt fiberfilamentmaterial. I det moderna livet är tillämpningen av fiber allestädes närvarande, och det finns många högteknologiska produkter.

Sudd

Gummi avser mycket elastiska polymermaterial och vändbara former. Den är elastisk vid rumstemperatur och kan deformeras med en liten yttre kraft. Efter att ha tagit bort den yttre kraften kan den återgå till det ursprungliga tillståndet. Gummi är en helt amorf polymer med låg glastemperatur och stor molekylvikt, ofta större än flera hundra tusen. Mycket elastiska polymerföreningar kan klassificeras i naturgummi och syntetiskt gummi. Naturgummibearbetning extraherar gummigummi och gräsgummi från växter; syntetiskt gummi polymeriseras av olika monomerer. Gummi kan användas som elastiska, isolerande, vattentäta lufttåliga material.

Ansökningar

B-2 Spirit stealth bombplan från det amerikanska flygvapnet .

Polyeten

Vanligt använda polyetener kan klassificeras i lågdensitetspolyeten (LDPE), högdensitetspolyeten (HDPE) och linjär lågdensitetspolyeten (LLDPE). Bland dem har HDPE bättre termiska, elektriska och mekaniska egenskaper, medan LDPE och LLDPE har bättre flexibilitet, slagegenskaper och filmbildande egenskaper. LDPE och LLDPE används främst för plastpåsar, plastfolier, flaskor, rör och behållare; HDPE används i stor utsträckning inom olika områden som film, rörledningar och dagliga förnödenheter eftersom dess motståndskraft mot många olika lösningsmedel.

Polypropen

Polypropen används ofta i olika applikationer på grund av dess goda kemikaliebeständighet och svetsbarhet. Den har lägst densitet bland råvaruplaster. Det används ofta i förpackningsapplikationer, konsumentvaror, automatiska applikationer och medicinska applikationer. Polypropenskivor används ofta i industrisektorn för att producera syra- och kemikalietankar, plåtar, rör, returförpackningar (RTP) etc. på grund av dess egenskaper som hög draghållfasthet, motståndskraft mot höga temperaturer och korrosionsbeständighet.

Kompositer

En tidsprovning av kolfiberkompositcykel med aerodynamiska hjul och aerostänger

Typiska användningsområden för kompositer är monocoque -strukturer för flyg och bilar , såväl som mer vardagliga produkter som fiskespön och cyklar . Smygbombplanet var det första helt sammansatta flygplanet, men många passagerarflygplan som Airbus och Boeing 787 använder en ökande andel kompositer i sina flygkroppar , såsom hydrofobt melaminskum . De ganska olika fysikaliska egenskaperna hos kompositer ger designers mycket större frihet att forma delar, varför kompositprodukter ofta ser annorlunda ut än konventionella produkter. Å andra sidan ser vissa produkter som drivaxlar , helikopterrotorblad och propellrar identiska ut med metallprekursorer på grund av de grundläggande funktionella behoven hos sådana komponenter.

Biomedicinska tillämpningar

Biologiskt nedbrytbara polymerer är mycket använda material för många biomedicinska och farmaceutiska tillämpningar. Dessa polymerer anses vara mycket lovande för anordningar för kontrollerad läkemedelstillförsel . Biologiskt nedbrytbara polymerer erbjuder också stor potential för sårbehandling, ortopediska apparater, dentala tillämpningar och vävnadsteknik . Inte som icke biologiskt nedbrytbara polymerer, de kommer inte att kräva ett andra steg för borttagning från kroppen. Biologiskt nedbrytbara polymerer bryts ner och absorberas av kroppen efter att de tjänat sitt syfte. Sedan 1960 har polymerer framställda av glykolsyra och mjölksyra funnit en mängd användningsområden inom den medicinska industrin. Polylaktater (PLA) är populära för läkemedelstillförselsystem på grund av deras snabba och justerbara nedbrytningshastighet.

Membranteknologier

Membrantekniker har framgångsrikt använts vid separationen i vätske- och gassystemen i flera år, och polymermembranen används oftast eftersom de har lägre kostnad att producera och är lätta att modifiera sin yta, vilket gör dem lämpliga i olika separationsprocesser. Polymerer hjälper till inom många områden, inklusive applikationen för separation av biologiskt aktiva föreningar, protonbytesmembran för bränsleceller och membranentreprenörer för koldioxidavskiljningsprocessen.

Relaterad major

Petroleum / Kemisk / Mineral / Geologi
Råvaror och förädling
Ny energi
Bilar och reservdelar
Andra industrier
Elektronisk teknik / Halvledare / Integrerad krets
Maskiner / Utrustning / Tung industri
Medicinsk utrustning/instrument

Se även

Bibliografi

Lewis, Peter Rhys och Gagg, C, Forensic Polymer Engineering: Why polymer products fail in service , Woodhead/CRC Press (2010).