Polimery, nazywane także tworzywami sztucznymi lub
plastikami, są materiałami organicznymi, złożonymi ze
związkow węgla. Polimery są tworzone przez węgiel,
wodor i inne pierwiastki niemetaliczne z prawego górnego
rogu układu Okresowego.
Polimery są makrocząsteczkami
i powstają w wyniku połączenia
wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchy wielu
grup atomów zwanych monomerami jednego lub
kilku rodzajów (rys. 2.9). W skład polimerów
wchodzą rownież dodatki barwników lub pigmentów,
katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy
(plastyfikatorow), antyutleniaczy i innych.
Prosty monomer jest cząsteczką etylenu C2H4.
W wyniku zastąpienia atomu wodoru w tych cząsteczkach
przez CH3 powstaje polipropylen, przez C6H5 –
polistyren, przez Cl
– polichlorek winylu. Inne polimery zawierają atomy tlenu
(np. akryliki), azotu
(nylony), krzemu (silikony) i fluoru (fluoroplastiki).
Zastąpienie wszystkich atomow
wodoru przez fluor w monomerze etylenu powoduje
uzyskanie politetrafluoroetylenu
(teflonu).
Polimery charakteryzują się:
Do zalet materiałów polimerowych zaliczane
są: mała gęstość, duża wytrzymałość
mechaniczna w stosunku do masy, trwałość,
odporność na czynniki atmosferyczne i środowiska
aktywne, termostabilność, własności
elektryczne, cieplne oraz duża zdolność
kształtowania gotowych produktów w stosunkowo
prostych procesach technologicznych.
Do wad materiałów polimerowych zalicza
się niską odporność na pełzanie, ograniczony
zakres temperatury długotrwałego
użytkowania oraz problemy związane z procesami
wtórnego wykorzystania i utylizacji
zużytych produktów i elementów konstrukcyjnych.
Wiele z polimerow jest giętkich i odkształcalnych, lecz nie
nadają się do pracy
w podwyższonej temperaturze.
Ze względu na własności użytkowe polimery dzielą się na
plastomery i elastomery.
Plastomerami są polimery charakteryzujące się
wydłużeniem przy rozerwaniu
zwykle nieprzekraczającym 200%, chociaż polietylen lub
polipropylen wykazujące
maksymalne wydłużenie kilkaset procent też są zaliczane
do tej grupy polimerow. Wykazują bardzo małe
odkształcenia (mniejsze niż 1%),a zaliczają się do nich
termoplasty
(amorficzne i krystaliczne) i duroplasty
(chemoutwardzalne i termoutwardzalne).
Elastomery to materiały polimerowe, które przy małych
naprężeniach wykazują duże
odkształcenie (do 1000%), gdyż ich temperatura
zeszklenia jest niższa od temperatury
pokojowej, a więc zakres temperatury użytkowania
znajduje się w stanie
wysokosprężystym a po poddaniu dużemu odkształceniu
w temperaturze pokojowej i po
odciążeniu powracają do pierwotnej postaci lub bardzo do
niej zbliżonej..
Materiały polimerowe
Zwykle surowcem do wytwarzania polimerów jest ropa
naftowa. W takim przypadku
łączenie monomerow w makrocząstki następuje podczas
polireakcji, tj.
polimeryzacji, kopolimeryzacji, polikondensacji lub
poliaddycji.
Materiały polimerowe można sklasyfikować w trzech
grupach zastosowań:
-masowe (np. PE, PP, PVC, PS),
-konstrukcyjne (np. ABS, PBT, PET, PA, POM, PC,
PMMA, PPS),
-specjalne (np. o dużej wytrzymałości PAEK, PI,
przewodzące prąd elektryczny,
wzmacnianie włóknami, biodegradowalne).

Klasyfikacja materiałów polimerowych w zależności od
reakcji ich otrzymywania oraz struktury:

Materiałami polimerowymi są wieloskładnikowe
związki chemiczne złożone
z polimeru oraz z co najmniej jednego dodatku takiego
jak: stabilizator, plastyfikator,
napełniacz, antyutleniacz, barwnik, pigment, antystatyk,
antypiren, nośnik.
Polimery jako związki wielkocząsteczkowe (masa
cząsteczkowa >10000) powstają
w wyniku poddania syntezie chemicznej wielu
powtarzalnych jednostek strukturalnych zwanych
podstawowymi jednostkami monomerycznymi
(monomerami). W budowie chemicznej podstawowej
jednostki monomerycznej polimeru
uczestniczą takie pierwiastki jak węgiel, wodór, tlen, azot,
chlor, fluor, siarka
i krzem, pomiędzy którymi występują wiązania
kowalencyjne.
Schemat polimerów o strukturze a) liniowej, b)
rozgałęzionej, c) usieciowanej :

W zależności od kształtu i budowy makrocząsteczek
oraz wiązań między nimi,
polimery dzielą się na:
-liniowe,
-liniowe z rozgałęzieniami,
-nieznacznie usieciowane z wiązaniami poprzecznymi,
-silnie usieciowane.
Polimery liniowe są zbudowane z monomerów z dwoma
aktywnymi wiązaniami
(rys. 8.110a), połączonych liniowo w łańcuch siłami van
der Waalsa. Polimery te
są termoplastyczne (termoplasty). Dają się łatwo wyciągać
w wysokowytrzymałe
włókna, jak np. poliamidy, w tym nylon. Do polimerów
liniowych należą także polietylen,
polichlorek winylu, polipropylen oraz polistyren.
Polimery silnie usieciowane powstają z monomerów,
mających więcej niż dwa
aktywne wiązania (rys. 8.110c), w wyniku czego powstają
cząsteczki dwu- lub trójwymiarowe.
Utworzona w ten sposób silna struktura zapobiega
mięknieniu tych
materiałów podczas podgrzewania i decyduje o tym, że
stanowią polimery utwardzalne
(duroplasty). Do polimerów utwardzalnych należą żywice:
fenolowo–formaldehydowa
(bakelit), epoksydowa i poliestrowa.
Polimery rozgałęzione i nieznacznie usieciowane pod
względem struktury i własności
wykazują pośrednie położenie między podanymi
uprzednio.

Zastosowanie : (termoplasty)
Polichlorek winylu PVC
dobre, niedrogie materiały ogolnego użytku, zwykle
sztywne,
lecz z dodatkiem zmiękczaczy mogą też być elastyczne,
często
tworzą kopolimery, skłonne do zniekształceń na gorąco
płytki PVC, rury, izolacja przewodow
elektrycznych, węże ogrodowe,
dawniej płyty fonograficzne
Polimetakrylan
metylu PMMA
wyjątkowa przezroczystość i odporność
na starzenie, zadowalające własności mechaniczne
soczewki, przezroczyste lotnicze
ramy, sprzęt do projektowania, znaki.
(polimery utwardzalne):
Poliestry UP
bardzo dobre własności elektryczne i niski koszt,
mogą być stosowane w temperaturze pokojowej i wyższej,
często wzmacniane włoknami
kaski ochronne, łodzie z włokna
szklanego, części samochodowe,
krzesła, wentylatory.
(elastomery):
Naturalny poliizopren (kauczuk naturalny) NR
bardzo dobre własności fizyczne, dobra odporność na
skrawanie,
wyżłobienie i ścieranie, niska odporność cieplna, niska
odporność
na działanie ozonu i oleju, dobre własności elektryczne
opony pneumatyczne i rury,
podeszwy i obcasy, uszczelki.