Группы полимеров

Синтетические полимеры можно разделить на три отдельных класса - термопластичные, термостойкие и эластомеры.
Термопласты, такие как полистирол и поливинилхлорид (ПВХ), могут многократно размягчаться при нагревании. Это происходит потому, что цепочки молекул в них подвижны относительно друг друга. Подвижность растет с увеличением температуры. В термостойких полимерах (бакелит и эпоксидные смолы) поперечные связи между цепочками тормозят данный процесс, поэтому они при нагревании не размягчаются.
Эластомеры - резино подобных полимеры, а также натуральные и синтетические резины. Для получения необходимого количества связей между молекулярными цепочками эти материалы подвергают специальной обработке. В результате они приобретают эластичность, то есть способность растягиваться, а после снятия нагрузки принимать первоначальную форму.

Поликонденсация

Много важных полимеров получают методом поликонденсации. Два мономеры, каждый из которых содержит в молекуле более одной реакционной группы, сочетаются с выделением малой молекулы, например, воды. Нейлон получают при взаимодействии кислоты с амином, продуктом замещения атомов водорода в аммиаке. Другим примером поликонденсации является бакелит.
С процессом поликонденсации тесно связана полимеризация перегруппировка.
Она также включает в себя реакции между мономерами, содержащимися в молекуле более одной реакционной группы. Однако в данном случае не происходит выделение малых молекул. Свое название этот тип полимеризации получил потому, что при реакции между мономерами происходит перераспределение атомов и химических связей, соединяющих цепи. Так получают полиуретановые полимеры.

Прямая полимеризация

При осадочной полимеризации предварительно растворенные в специальной смеси мономеры соединяются, образуя нерастворимый полимер, который выпадает из раствора в виде твердого осадка.
Полимеризация в растворе заключается в том, что мономер, растворенный в специальном составе, образует полимер, также растворим в данном растворителе.
В случае взвешенного полимеризации мономер в виде крошечных частиц находится в воде. Эмульсионная полимеризация предполагает использование синтетического моющего средства, который называется эмульгатором (веществом, что облегчает получение эмульсии), для диспергирования (рассеивания) мономера в воде. Для процесса блочной полимеризации не используется ни вода, ни растворитель, здесь присутствуют только мономер и, если требуется, катализатор.
Материалы, полученные методом прямой полимеризации, включают в себя полиэтилен низкой плотности (блочная полимеризация), полипропилен высокой плотности (осадочная), полихлорвинил (эмульсионная или суспензионная) и полистирол (блочная).

Структура полимеров

Несмотря на успехи первых полимеров, без детального понимания процесса полимеризации дальнейший прогресс в этой области был бы невозможен. Данный процесс объяснил в 1920 г. немецкий химик Герман Штаудингер, который описал, каким образом молекулы соединяются в цепочки - из сотен тысяч атомов. Работа Штаудингера дала толчок к развитию промышленности пластмасс, и в начале 1930-х развернулось производство многих важных полимеров.
Полимеры образуются во время соединения между собой молекул-мономеров. Например, при получении полиэтилена молекулы этилена, каждая из которых состоит из двух углеродистых и четырех водородных атомов, образуют цепочку со структурой -(СН2СН)75000. Полный цепочку полиэтилена содержит до 25 000 молекул СН2.
Образование полимера из мономеров возможно под действием физических факторов, таких как температура, давление или механическое перемешивание. В других случаях полимеризация происходит с участием катализатора вещества, которая инициирует реакцию, но само при этом остается без изменений. Некоторые полимеры включают различные мономеры.

Первые полимеры

Событие, предопределившее развитие современной индустрии пластмасс, произошла в 1862 г., когда британский химик Александр представил Парке полимер на основе нитрата целлюлозы, названный впоследствии паркезином. Он получил этот материал, изменив с помощью кислоты на структуру целлюлозы, и применил касторовое масло для смягчения материала.
Технология Паркса приемлемая для лаборатории, однако довольно сложно использовать ее в крупномасштабном производстве. Через два года, в 1864 г., эту проблему решил американец Джон Уэсли Хайєтт. Как смягчающее агент он применил вместо касторового камфорное масло и доказал, что в таком виде процесс пригоден для производства. Хайєтт назвал новый продукт целлулоидом. Вскоре его начали использовать для изготовления сотен изделий, в частности рукояток для ножей, бильярдных шаров и фотопленки.

Усталость металла

Такой дефект, как усталость металла, может возникнуть тогда, когда металлическую деталь подвергать определенной нагрузке в течение длительного периода времени или в случае многочисленных изменений силы напряжения. Дислокации перемещаются в напряженную зону и препятствуют движению друг друга. В результате металл становится хрупким, и образуется трещина, которая может распространиться на всю толщину детали вплоть до ее конечного разлома. Чтобы избежать несчастных случаев, узлы и детали самолетов регулярно проверяют на усталость с помощью неразрушающего контроля.

Кристаллическая структура

Существует несколько способов препятствования такому перемещению. Один из них заключается в контролировании процесса отверждения во время изготовления с целью получения металла, состоящая из относительно большого количества мелких кристаллов. Чем больше кристаллов, тем больше границ раздела между ними, препятствующих перемещению дислокаций в металле. Второй способ блокирования движения дислокаций связан с добавлением атомов другого металла. Вот почему сплав из двух и более металлов тверже и прочнее, чем отдельно взятые металлы, из которых он состоит.
Можно также с помощью напряжений создать такое количество дислокаций в металле, по которой они сами будут мешать друг другу перемещаться. Такого механического укрепления (так называемого наклепа) можно добиться и с помощью напряжений, возникающих в процессе обычной металлообработки. В таких материалах, как стекло или керамика, нет дислокаций, которые легко перемещаются, поэтому они внезапно рушатся, если подвергнуть их напряжением, выше их предела упругости.