3236691025

5. POLIMERY

Polimery jest to grupa materiałów, która wskutek swojej budowy cząsteczkowej, powstającej w wyniku polimeryzacji, otrzymała nazwę tworzyw polimerowych, krótko: polimerów. W języku potocznym ta grupa materiałów konstrukcyjnych nosi również ogólną nazwę tworzyw sztucznych. Generalnie jednak przyjęto, że nazwa tworzywa sztuczne odnosi się do materiałów, które oprócz polimeru - jako składnika głównego - zawierają dodatki w postaci napełniaczy organicznych i nieorganicznych, zmiękczaczy, stabilizatorów, środków smarujących, środków barwiących itp. Zadaniem dodatków jest modyfikacja określonych właściwości polimeru; w efekcie powstaje nowy materiał. W niektórych przypadkach składników dodatkowych jest objętościowo lub ciężarowo więcej niż polimeru.

Polimery są materiałami organicznymi zbudowanymi ze związków węgla z innymi pierwiastkami niemetalicznymi (wodorem, tlenem, fluorem, chlorem, fosforem, siarką). Są to kowalencyjne związki wielkocząsteczkowe powstające w procesie polimeryzacji, w której małe cząsteczki (monomery) łączą się w długie, łańcuchowe makrocząsteczki. Taka łańcuchowa makrocząsteczka zbudowana jest z powtarzających się jednostek tzw. merów. Polimeryzacji towarzyszy skurcz objętości o wartości 10 - 20 %. Surowcem wyjściowym dla większości polimerów jest ropa naftowa, węgiel i gaz ziemny.

Polimery charakteryzują się niewysokimi właściwościami wytrzymałościowymi (w porównaniu z klasycznymi, metalicznymi materiałami konstrukcyjnymi), niską i zmienną sztywnością (silne zmiany w funkcji temperatury i czasu; duży “minus” - z powodu małych wartości modułu Younga E) i niską gęstością (pozytywna właściwość). Są dielektrykami, a ponadto cechuje je stabilność i odporność chemiczna (“plus” tych tworzyw). Ich zaletą jest łatwość formowania przy niskiej cenie takiego procesu. Polimery mogą mieć również użyteczne właściwości fizyczne. Niektóre z nich np. są przezroczyste i mogą zastępować szkło, inne charakteryzuje bardzo mały współczynnik tarcia, jeszcze inne przewodzą prąd -chociaż generalnie polimery są elektrycznymi izolatorami.

5.1. Klasyfikacja i struktura polimerów

Polimery można klasyfikować w różny sposób, w zależności od przyjętego kryterium podziału. Najczęściej stosowane klasyfikacje to podział według: budowy fizycznej polimeru, zachowania się polimeru pod wpływem obciążenia i temperatury oraz mechanizmu polimeryzacji. Wszystkie te metody klasyfikacji zestawiono w tablicy 5-1.

Tablica 5-1. Rodzaje klasyfikacji polimerów

Zachowanie	Struktura polimerów	Mechanizm polimeryzacji
Termoplasty	Sprężyste, liniowe łańcuchy	Addycja lub kondensacja
Duroplasty	Sztywna sieć przestrzenna	Zwykle kondensacja, czasami addycja
Elastomery	Liniowe, poprzecznie połączone łańcuchy	Zwykle addycja

Struktura polimerów. Ze względu na strukturę atomową łańcucha polimery mogą być liniowe lub usieciowane. Liniowe polimery są zbudowane z długich łańcuchów zawierających tysiące merów (rys. 5-la). Łańcuchy te mogą powstawać w wyniku polimeryzacji zarówno addycyjnej, jak i kondensacyjnej. Poszczególne łańcuchy mogą być bardzo mocne ze względu na wiązania kowalencyjne, natomiast wiązania między łańcuchami są słabymi wiązaniami wtórnymi. Polimery usieciowane mają łańcuchy połączone kowalencyjnymi wiązaniami poprzecznymi, które tworzą przestrzenną sieć (rys. 5-lb). Przestrzennie usieciowane struktury powstają zazwyczaj w wyniku polikondensacji, rzadko - polimeryzacji addycyjnej.