ポリマーについて知っておくべきこと
ポリマーは、さまざまな種類や分類の多種多様なものがありますが、今日私たちの周りでは一般的です。前回の投稿では、これらのさまざまなタイプのプラスチックを汎用プラスチックと特殊タイプとして説明しました。また、プラスチックの用途といくつかの利点も見ました。ぜひチェックしてください！
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さて、今日はポリマーの定義、物理的状態、特性、および添加剤について詳しく見ていきます。また、熱可塑性と熱硬化性も区別します。
ポリマーとは
ポリマーは、分子が非常に大きく、相互接続されたリンクの無限のシリーズで構成された長い鎖のように見える化合物です。これらの分子のサイズは異常であると説明されており、数千、さらには数百万の原子質量単位で猛威を振るっています。分子のサイズ、物理的状態、および構造は、プラスチックが知られている独自の特性であり、成形および成形が可能です。
熱可塑性および熱硬化性
前述のように、プラスチックとして分類されるポリマーは、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の 2 つの主要なカテゴリに分類されます。
ポリエチレンやポリスチレンなどの熱可塑性プラスチックは、成形と再成形を繰り返すことができるプラスチックです。さらに言うと、発泡スチロールのカップは加熱して、新しい形 (お皿や皿など) に形を変えることができます。
熱可塑性ポリマーの構造は、個々の分子が互いに分離し、互いに通り過ぎる構造です。これらの分子は、非常に高分子量または低分子量の場合があります。それらは構造上分岐または直鎖状である可能性がありますが、それでも分離可能性とその結果の移動性という特徴があります。これらのタイプのポリマーは、汎用プラスチックとして知られています。
一方、熱硬化性樹脂は、再加熱によって再処理できないポリマーです。これは、最初の処理中に、熱硬化性樹脂が不融性および不溶性になる化学反応を受けるためです。このような方法でポリマーが生成される場合、再加工または加熱により、アプリケーションが故障する可能性があります。
ポリマーの物理的状態と分子形態
ポリマーの塑性挙動は、その形態、または大規模な分子の配置によっても影響を受ける可能性があります。したがって、ポリマーの形態は非晶質または結晶質のいずれかです。アモルファス分子はランダムに配列され、絡み合っています。一方、結晶性分子は密接に配列されており、識別できない順序になっています。
熱硬化性樹脂はアモルファスであることが知られていますが、熱可塑性樹脂はアモルファスまたは半結晶のいずれかです。半結晶性材料は、非晶質マトリックス内に微結晶として知られる結晶領域を表示します。
熱可塑性材料は、成形された形状を特定の温度まで保持することが知られています。これは、特定のポリマーのガラス転移温度または融解温度によって設定されます。以下の温度は、ガラス転移温度 (Tg) として知られています。 ）。ポリマー材料の分子は凍結しており、ガラス状態とも呼ばれます。互いに通過する分子の動きがほとんどまたはまったくない場所。これにより、材料はより硬くなり、もろくなります。
ガラス転移温度以上 Tg 、ポリマーのアモルファス部分がゴム状になります。つまり、分子の可動性が向上し、材料が可塑性になり、伸縮性さえも持つようになります。つまり、伸縮性があります。
ポリスチレンのような非結晶性ポリマーの場合、温度を上げるとさらに直接液体状態になります。一方、低密度ポリエチレンやポリエチレンテレフタレートなどの部分結晶性ポリマーの場合、融解温度 (Tm) まで液体状態にはなりません。 ) が渡されます。
その点を超えると、結晶領域はもはや安定ではなくなり、ゴム状または液体のポリマーを成形または押し出すことができます。熱硬化性樹脂は予熱しても溶けないため、化学的劣化が始まる温度まで寸法が安定します.
ポリマーの性質
ポリマーの物理的状態と形態は、その機械的特性において完全な役割を果たします。機械的挙動の違いは、プラスチックに張力がかかった (応力がかかった) ときに生じる伸びです。
たとえば、ポリスチレンなどのガラス状ポリマーは非常に硬く、初期伸びに対する初期応力の比率が高くなります。一方、ポリエチレンとポリプロピレンは結晶性の高いプラスチックで、フィルムや成形品として使用できます。これは、アモルファス領域が室温でのガラス転移温度をはるかに上回っているためです。
ガラス転移 Tg 以上のこれらのポリマーの革のような靭性 非晶質のゴム状マトリックスに存在する結晶領域に起因します。これらのプラスチックは、100 ～ 1000 パーセントの伸びの可能性があります。
ガラス転移 Tg PET (別の半結晶性プラスチック) の温度が室温を超えると、結晶性部分がガラス状のマトリックスに存在します。このため、この材料は応力下での剛性と高い寸法安定性を備えており、飲料ボトルや記録テープに大きなメリットがあります。
ほとんどすべてのプラスチックは、応力がかかると一定の伸びを示すことが知られていますが、これは応力が除去されたときに回復しません。この状態は「クリープ」として知られており、Tg をはるかに下回るプラスチックでは非常に小さい場合があります。 .これは、Tg を超える部分結晶性プラスチックにとって重要な場合があります。 .
ポリマーの特性に関するビデオを見る:
ポリマーの最も一般的に指定されている機械的特性には、破断応力、剛性、引張強度が含まれ、特性と用途の表では曲げ弾性率として定量化されています。靭性はポリマーのもう 1 つの重要な特性であり、ポリマーが破損する前に吸収したエネルギーです。これは、多くの場合、突然の衝撃の結果です。 plastの引張強度以下で応力を繰り返し導入 ic は疲労破壊を引き起こす可能性があります。
ほとんどすべてのプラスチックは熱伝導率が低いです。ガス (通常は空気) が材料に導入されると、導電率がさらに低下する可能性があります。たとえば、温かい飲み物のカップに使用される発泡ポリスチレンは、発泡していないポリマーの約 4 分の 1 の熱伝導率を持っています。プラスチックは、導電性を考慮して設計されている場合にのみ、電気絶縁体でもあります。さらに、導電性は絶縁耐力 (高電圧での破壊に対する抵抗) としてプラスチックにとって重要です。また、誘電損失 (交流が挿入されたときに熱として放散されるエネルギーの尺度) としても重要です。
ポリマー添加剤
添加剤は、製品に適した一連の特性を実現するためにポリマーと組み合わされた成分としても知られています。ただし、多くのプラスチック製品では、ポリマーは 1 つの構成要素にすぎません。他の添加剤の組み合わせは、処理および製造中に混合されます。
以下に説明するのは、適切な製品を得るためにポリマーに使用される添加剤です。
可塑剤:
可塑剤は、ガラス転移 Tg を変更するために使用されます ポリマーの。たとえば、ポリ塩化ビニル (PVC) は、ガラス転移を変化させるために不揮発性液体と混合されることがよくあります。住宅で使用されるビニールサイディングには、Tg の非可塑化硬質 PVC が必要です。 85 ～ 90 0 C (185 ～ 195 0 F)。ただし、PVC ガーデン ホースは 0 0 でも柔軟性を維持する必要があります。 C (32 o F).
可塑化できるポリマーは他にもたくさんありますが、PVC は、さまざまな分子サイズと化学組成の可塑剤を受け入れて保持する点で独特です。可塑剤は、ポリマーの可燃性、臭気、生分解性、さらには最終製品のコストにも影響を与える可能性があります。
着色料:
プラスチック製品の最終的な外観は魅力的でなければならないため、加工および製造中に着色剤を含める必要があります。プラスチックを着色するための一般的な顔料は、二酸化チタンと酸化亜鉛 (白)、炭素 (黒)、および鉄やクロムなどの他のさまざまな無機酸化物です。他のいくつかの有機化合物は、顔料 (不溶性) または染料 (可溶性) として色を追加するために使用できます。
援軍:
名前が示すように、補強材はプラスチックの機械的特性を改善するために使用されます。シリカ、カーボンブラック、タルク、雲母、炭酸カルシウム、および短繊維などのさまざまな材料を粒子状フィラーとして組み込むことができます。特に熱硬化性樹脂の場合、補強材として長い繊維や連続繊維を使用することについては、以下の繊維補強で説明できます)。
ポリプロピレンやポリエチレンなどのプラスチックの製造中に大量の粒子状フィラーを導入すると、剛性が高まる可能性があります。温度がポリマーの Tg よりも低い場合、効果はそれほど劇的ではありません。 .
スタビライザー:
安定剤は、あらゆるアプリケーションで寿命と耐用年数を改善するのに役立ちます。プラスチックの特性は、時間の経過とともにできるだけ少なくなります。老化の影響に対抗するために、通常は少量の安定剤が添加されます。すべての炭素ベースのポリマーは酸化しやすいため、使用される一般的な安定剤は酸化防止剤です。ヒンダード フェノールと 3 級アミンは、数 ppm という低濃度でプラスチックに使用されています。
結論
ポリマーは、プラスチックを説明する一般的な形式であり、さまざまな形式で利用でき、さまざまな特性を得るために処理できます。この記事では、ポリマーの定義、物理的および分子形態、添加剤について説明しました。また、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の違いも確認しました。
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