Información detallada sobre materiales poliméricos (materiales basados en compuestos poliméricos)
Los materiales poliméricos, también conocidos como materiales poliméricos, son materiales compuestos por compuestos poliméricos a modo de matriz y otros aditivos (auxiliares). Introducción básica Nombre chino: material macromolecular Nombre extranjero: clasificación de materiales macromoleculares, los materiales poliméricos se clasifican por fuente, los materiales poliméricos se clasifican por aplicación, los materiales poliméricos se clasifican por función de aplicación, se clasifican por estructura de cadena principal del polímero, otras clasificaciones, características, nombre y uso, plásticos, caucho, fibras, revestimientos, adhesivos, nuevos materiales poliméricos, membranas de separación de polímeros, materiales poliméricos magnéticos, materiales poliméricos ópticamente funcionales, materiales compuestos poliméricos, procesamiento sintético, clasificación de materiales poliméricos por fuente Clasificación Los materiales poliméricos se dividen en polímeros naturales Materiales y materiales poliméricos sintéticos según sus fuentes. Los polímeros naturales son sustancias poliméricas que existen en animales, plantas y organismos vivos. Se pueden dividir en fibras naturales, resinas naturales, caucho natural, pegamento animal, etc. Los materiales poliméricos sintéticos se refieren principalmente a los tres materiales sintéticos principales: plástico, caucho sintético y fibra sintética. Además, también incluyen adhesivos, recubrimientos y diversos materiales poliméricos funcionales. Los materiales poliméricos sintéticos tienen propiedades que los materiales poliméricos naturales no tienen o son superiores: menor densidad, mayor mecánica, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, aislamiento eléctrico, etc. Los materiales poliméricos se clasifican según su aplicación. Los materiales poliméricos se dividen en caucho, fibra, plástico, adhesivo polimérico, revestimiento polimérico y materiales compuestos a base de polímeros según sus características. ① El caucho es un tipo de polímero lineal flexible. La fuerza de valencia secundaria entre sus cadenas moleculares es pequeña y la cadena molecular es flexible. Puede producir una gran deformación bajo la acción de una fuerza externa y puede volver rápidamente a su forma original una vez que se elimina la fuerza externa. Hay dos tipos: caucho natural y caucho sintético. ②Las fibras se dividen en fibras naturales y fibras químicas. Los primeros se refieren a la seda, el algodón, el lino, la lana, etc. Este último se fabrica a partir de polímeros naturales o sintéticos mediante hilado y posprocesamiento. Las fibras tienen una gran fuerza secundaria, una pequeña capacidad de deformación y un módulo alto, y generalmente son polímeros cristalinos. ③El plástico está hecho de resina sintética o polímero natural modificado químicamente como componente principal y luego se le agregan rellenos, plastificantes y otros aditivos. Su fuerza secundaria intermolecular, módulo y número de deformación se encuentran entre los del caucho y la fibra. Las resinas sintéticas generalmente se dividen en plásticos termoendurecibles y plásticos termoplásticos según sus características; a su vez, se dividen en plásticos de uso general y plásticos de ingeniería según sus usos. ④El adhesivo polimérico es un material adhesivo hecho principalmente de compuestos poliméricos naturales sintéticos. Existen dos tipos de adhesivos: adhesivos naturales y sintéticos. Los adhesivos más utilizados son los adhesivos sintéticos. ⑤Los recubrimientos poliméricos están hechos de polímeros como principal sustancia formadora de película, agregando solventes y diversos aditivos. Según las diferentes sustancias formadoras de película, se dividen en recubrimientos de grasa, recubrimientos de resina natural y recubrimientos de resina sintética. ⑥El material compuesto a base de polímeros es un material compuesto hecho de un compuesto polimérico como matriz y agregando varios materiales de refuerzo. Combina las características de rendimiento de los materiales originales y puede diseñarse según sea necesario. Los materiales compuestos poliméricos también se denominan modificación polimérica y la modificación se divide en modificación molecular y modificación mixta. ⑦Materiales poliméricos funcionales. Además de las propiedades mecánicas generales, las propiedades de aislamiento y las propiedades térmicas de los polímeros, los materiales poliméricos funcionales también tienen funciones especiales como conversión, magnetismo, transmisión y almacenamiento de materia, energía e información. Los que se han puesto en uso práctico incluyen materiales poliméricos de conversión de información, materiales poliméricos transparentes, enzimas simuladas por polímeros, materiales poliméricos biodegradables, materiales poliméricos con memoria de forma y materiales poliméricos médicos y medicinales. Los polímeros se pueden dividir en las categorías anteriores según sus propiedades mecánicas y condiciones de uso. Sin embargo, no existen límites estrictos entre los distintos tipos de polímeros. El mismo polímero se puede convertir en plásticos o fibras utilizando diferentes métodos de síntesis y procesos de moldeo, como el nailon. Los polímeros como el poliuretano tienen propiedades vítreas y buena elasticidad a temperatura ambiente, por lo que es difícil saber si son caucho o plástico. Los materiales poliméricos se clasifican según sus funciones de aplicación. Según sus funciones de aplicación, los materiales poliméricos se dividen en tres categorías: materiales poliméricos generales, materiales poliméricos especiales y materiales poliméricos funcionales. Los materiales poliméricos de uso general se refieren a materiales poliméricos que pueden producirse a gran escala y han sido ampliamente utilizados en campos importantes de la economía nacional, como la construcción, el transporte, la agricultura, las industrias eléctricas y electrónicas y la vida diaria de las personas. Estos se dividen en diferentes tipos como plásticos, caucho, fibras, adhesivos, recubrimientos, etc. Los materiales poliméricos especiales son principalmente un tipo de materiales poliméricos con excelente resistencia mecánica y resistencia al calor, como policarbonato, poliimida y otros materiales, que se han utilizado ampliamente en materiales de ingeniería.
Los materiales poliméricos funcionales se refieren a compuestos poliméricos que tienen funciones específicas y pueden usarse como materiales funcionales, incluidas membranas de separación funcional, materiales conductores, materiales poliméricos médicos, materiales poliméricos de cristal líquido, etc. Clasificación según la estructura de la cadena principal del polímero ① Polímero de cadena de carbono: La cadena principal molecular está compuesta de átomos de C, tales como: PP, PE, PVC ② Polímero de cadena hetero: La cadena principal molecular está compuesta de C, O, N, P y otros átomos. Tales como: poliamida, poliéster, aceite de silicona ③Polímero orgánico elemental: un polímero cuya cadena principal no contiene átomos de C y está compuesta únicamente por algunos heteroátomos. Tales como: caucho de silicona. Otras clasificaciones se clasifican según la forma geométrica de la cadena principal del polímero: polímeros lineales, polímeros de cadena ramificada y polímeros con forma de cuerpo. Clasificados según la disposición microscópica de los polímeros: polímeros cristalinos, polímeros semicristalinos y polímeros amorfos. Características: En primer lugar, el peso molecular es grande (generalmente superior a 10.000) y, en segundo lugar, la distribución del peso molecular es polidispersa. Es decir, los compuestos poliméricos se diferencian de las moléculas pequeñas. Después del proceso de polimerización, se convierten en una mezcla de muchos polímeros con diferentes pesos moleculares. Lo que llamamos el peso molecular de un determinado polímero es en realidad su peso molecular promedio. Por supuesto, el peso molecular promedio calculado también se divide en peso molecular promedio en número, peso molecular promedio en viscosidad, peso molecular promedio en peso, etc. con diferentes pesos. Las moléculas pequeñas tienen un peso molecular fijo y están compuestas por moléculas con un peso molecular determinado. Ésta es una diferencia característica entre polímeros y moléculas pequeñas. Nombre y finalidad Plástico El plástico se refiere a un material con polímero como componente principal, que puede moldearse en una forma determinada bajo ciertas condiciones (temperatura, presión, etc.) y mantiene su forma a temperatura normal. El plástico se puede dividir en plástico termoplástico y plástico termoestable según las condiciones después del calentamiento. El plástico que se ablanda después del calentamiento y forma un polímero fundido se convierte en plástico termoplástico. Los principales plásticos termoplásticos incluyen polietileno, polipropileno, poliestireno, polimetacrilato de metilo, cloruro de polivinilo, nailon, policarbonato, poliuretano, politetrafluoroetileno, tereftalato de polietileno, etc. Los plásticos que se solidifican después del calentamiento para formar una estructura reticulada e infusible se denominan plásticos termoendurecibles. Los más comunes incluyen resina epoxi, plástico fenólico, poliimida, resina de melamina formaldehído, etc. Los métodos de procesamiento de plástico incluyen inyección, extrusión, prensado de películas, prensado en caliente, moldeo por soplado, etc. Caucho El caucho se puede dividir en caucho natural y caucho sintético. El componente principal del caucho natural es el poliisopreno. Las principales variedades de caucho sintético incluyen caucho butílico, caucho de butadieno, caucho de cloropreno, caucho EPDM, caucho de acrilato, caucho de poliuretano, caucho de silicona, caucho de flúor, etc. Fibra La fibra es otra aplicación importante de los materiales poliméricos. Las fibras sintéticas comunes incluyen nailon, poliéster, acrílico, poliéster, aramida, polipropileno, etc. Recubrimiento El recubrimiento es una capa de material polimérico que se aplica a la superficie de productos industriales o de uso diario con fines estéticos o protectores. Los recubrimientos industriales de uso común incluyen resina epoxi, poliuretano, etc. Adhesivos para materiales poliméricos Los adhesivos son otro tipo importante de materiales poliméricos. El ser humano utiliza desde hace mucho tiempo materiales poliméricos naturales como el almidón y la goma como adhesivos. Los adhesivos modernos se pueden dividir en tipos poliméricos, como las resinas epoxi; tipos termofusibles, como el nailon y el polietileno; tipos presurizados, como el caucho natural y tipos solubles en agua, como el almidón. Nuevos materiales poliméricos Los materiales poliméricos incluyen plásticos, caucho, fibras, películas, adhesivos y revestimientos. Entre ellos, los plásticos, las fibras sintéticas y el caucho sintético, conocidos como los tres principales materiales sintéticos de los polímeros modernos, se han convertido en materiales indispensables e importantes para la construcción de la economía nacional y la vida diaria de las personas. Aunque los materiales poliméricos se han desarrollado rápidamente porque generalmente tienen muchas ventajas que no pueden ser reemplazadas por metales y materiales inorgánicos, los polímeros que se han producido en masa hasta ahora siguen siendo polímeros que sólo pueden usarse en condiciones ordinarias, los llamados de uso general. Los polímeros tienen desventajas como poca resistencia mecánica y rigidez y baja resistencia al calor. El desarrollo de la tecnología de ingeniería moderna ha planteado requisitos más altos para los materiales poliméricos, promoviendo así el desarrollo de materiales poliméricos hacia el alto rendimiento, la funcionalización y la biotecnología. Como resultado, muchos productos de bajo rendimiento, alto precio y bajo rendimiento. Han surgido excelentes nuevos materiales poliméricos. Membrana de separación de polímeros La membrana de separación de polímeros es una membrana semipermeable hecha de materiales poliméricos con función de permeabilidad selectiva. El uso de una membrana semipermeable de este tipo, utilizando la diferencia de presión, el gradiente de temperatura, el gradiente de concentración o la diferencia de potencial como fuerza impulsora, puede ahorrar energía, ser eficiente y limpia en comparación con tecnologías de separación como mezclas de gases, mezclas líquidas o soluciones de compuestos orgánicos. y sustancias inorgánicas, por lo que se considera una tecnología importante que apoya la nueva revolución tecnológica. Los procesos de separación por membranas incluyen principalmente ósmosis inversa, ultrafiltración, microfiltración, electrodiálisis, diálisis a presión, separación de gases, pervaporación y separación de membranas líquidas.
Se utiliza para separación de preparaciones, pervaporación y separación de membranas líquidas, etc. Existen muchos tipos de materiales poliméricos que se utilizan para preparar membranas de separación. Hoy en día se utilizan con mayor frecuencia el poliarce, la poliolefina, los lípidos de celulosa y el silicio orgánico. También existen muchas formas de membranas, generalmente se utilizan membranas planas y fibras aéreas. Promover la aplicación de membranas de separación de polímeros puede lograr enormes beneficios económicos y sociales. Por ejemplo, el uso de membranas de intercambio iónico para electrolizar la sal de mesa puede reducir la contaminación y ahorrar energía: el uso de ósmosis inversa para la desalinización y desalinización del agua de mar consume menos energía que otros métodos que puede utilizar el uso de membranas de separación de gases para enriquecer el oxígeno del aire; Aumenta en gran medida la tasa de recuperación de oxígeno. Materiales magnéticos poliméricos Los materiales magnéticos poliméricos son materiales que dan un nuevo significado y contenido a las aplicaciones tradicionales del magnetismo y los polímeros, mientras que los humanos continúan explorando nuevos campos de aplicación del magnetismo y los polímeros (resinas sintéticas y cauchos). Los primeros materiales magnéticos se originaron a partir de imanes naturales. Posteriormente, la magnetita (ferrita) se sinterizó o se fundió en cuerpos magnéticos. Hay tres tipos de materiales magnéticos comúnmente utilizados en la industria, a saber, imanes de ferrita, imanes de tierras raras e imanes de álnico. Sus desventajas son que son duros y quebradizos y tienen una procesabilidad deficiente. Para superar estas deficiencias, surgieron materiales magnéticos poliméricos fabricados mezclando polvo magnético con plástico o caucho. El material magnético polimérico compuesto fabricado de esta manera ha atraído cada vez más atención debido a su peso específico ligero, su fácil procesamiento en productos con alta precisión dimensional y formas complejas, y su capacidad para integrarse con otros componentes. Materiales poliméricos Los materiales magnéticos poliméricos se pueden dividir principalmente en dos categorías, a saber, de tipo estructural y de tipo compuesto. El llamado tipo estructural se refiere a un cuerpo magnético hecho de polímero sin adición de polvo magnético inorgánico. En la actualidad, los que tienen valor práctico son principalmente los tipos compuestos. Materiales poliméricos fotofuncionales Los denominados materiales poliméricos fotofuncionales se refieren a un tipo de materiales poliméricos que pueden transmitir, absorber, almacenar y convertir la luz. En la actualidad, existen muchos materiales de este tipo, que incluyen principalmente materiales fotoconductores, materiales de grabación óptica, materiales de procesamiento óptico, plásticos ópticos (como lentes de plástico, lentes de contacto, etc.), materiales de sistemas de conversión óptica, materiales de visualización óptica y fotoconductores. materiales, materiales fotosintéticos, etc. La transmisión de luz de materiales poliméricos ópticamente funcionales en toda la sociedad se puede convertir en una amplia variedad de materiales ópticos lineales, como vidrio de seguridad ordinario, diversas lentes, prismas, etc., utilizando las características de propagación de curvas de los materiales poliméricos, ópticos no lineales; se pueden desarrollar componentes ópticos lineales, como fibra óptica plástica, fibra óptica compuesta de cuarzo plástico, etc., y los materiales básicos para componentes avanzados de almacenamiento de información son vidrio orgánico de alto rendimiento y policarbonato. Además, las reacciones fotoquímicas de materiales poliméricos se pueden utilizar para desarrollar resinas fotosensibles, recubrimientos fotocurables y adhesivos que se utilizan ampliamente en las industrias electrónica y de impresión; se pueden fabricar materiales fotoconductores utilizando las propiedades de conversión de energía de los materiales poliméricos y los materiales fotocromáticos; Utilizando la característica de que el índice de refracción de ciertos materiales poliméricos cambia con la tensión mecánica, se pueden desarrollar y utilizar materiales fotoelásticos para estudiar la distribución de la tensión dentro de los materiales de la estructura de fuerza. Los materiales compuestos poliméricos son materiales multifásicos formados combinando y uniendo materiales poliméricos con otras sustancias de diferentes composiciones, formas y propiedades. La mayor ventaja de los materiales compuestos poliméricos es aprovechar diversos materiales, como alta resistencia, peso ligero, resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión, aislamiento térmico, aislamiento y otras propiedades. Según el propósito de la aplicación, seleccione materiales poliméricos y otros materiales con. propiedades especiales para convertirlos en materiales compuestos que satisfagan sus necesidades. Los materiales compuestos poliméricos se dividen en dos categorías: materiales compuestos poliméricos estructurales y materiales compuestos poliméricos funcionales. Principalmente lo primero. Los materiales compuestos de estructura polimérica incluyen dos componentes: ① Agente de refuerzo. Es una fibra y tejido con alta resistencia, alto módulo y resistencia a la temperatura, como fibra de vidrio, bigotes de nitruro de silicio, fibra de boro y tejidos de las fibras anteriores. ②Material base. Principalmente adhesivos que desempeñan una función de unión, como resina de poliéster insaturado, resina epoxi, resina fenólica, poliimida y otras resinas termoestables, y estireno, polipropileno y otras resinas termoplásticas. La resistencia y especificidad específicas de este material compuesto tiene un módulo más alto que el de. metal y es un material indispensable para la defensa nacional y la tecnología de punta. Procesamiento de síntesis Antes de procesar materiales poliméricos, primero deben sintetizarse y los monómeros deben sintetizarse en polímeros para su granulación y luego procesarse en fusión. Los métodos de síntesis de materiales poliméricos incluyen polimerización en masa, polimerización en suspensión, polimerización en emulsión, polimerización en solución y polimerización en fase gaseosa. Los iniciadores juegan un papel muy importante en esto. Los iniciadores azoicos y los iniciadores peroxi son iniciadores de uso común. Los aditivos de materiales poliméricos a menudo desempeñan un papel importante en la mejora del rendimiento de los materiales poliméricos y la reducción de costos. Tecnología de procesamiento El procesamiento y la conformación de materiales poliméricos no es un proceso físico simple, sino un vínculo importante que determina la estructura final y el rendimiento de los materiales poliméricos.
A excepción de los adhesivos y recubrimientos que generalmente no requieren procesamiento y se pueden usar directamente, el caucho, las fibras, los plásticos, etc. generalmente deben procesarse para obtener productos utilizando los métodos de formación correspondientes. Los métodos de conformado comúnmente utilizados para productos plásticos incluyen extrusión, inyección, calandrado, moldeo por soplado, moldeo por compresión o moldeo por transferencia. Los productos de caucho tienen procesos de conformado como masticación, mezcla, calandrado o extrusión. Las fibras incluyen la preparación de la solución de hilatura, la formación y el bobinado de fibras, el posprocesamiento, el estiramiento y el termofijado de fibras vírgenes, etc. Durante el proceso de moldeo, el polímero puede verse afectado por cambios de temperatura, presión, tensión y tiempo de acción, lo que puede provocar la degradación del polímero, la reticulación y otras reacciones químicas, lo que resulta en cambios en la estructura agregada y la estructura química de el polímero. Por lo tanto, el proceso de procesamiento no sólo determina la apariencia, forma y calidad de los productos de materiales poliméricos, sino que también tiene un impacto importante en la estructura supramolecular, la estructura de textura e incluso la estructura de cadena del material.