Производство: материалы и обработка

 

Материалы как поле чаще всего представлены керамикой, металлами и полимерами. Хотя отмеченные улучшения произошли в области керамики и металлов, в области полимеров произошел взрыв. Полимеры превратились из дешевых заменителей натуральных продуктов в высококачественные варианты для широкого спектра применений. В ближайшие годы можно ожидать дальнейших достижений и прорывов в поддержке экономики. Советуем вам сайт компании plastwire.com, там вы сможете купить суперконцентраты красителей и добавки для полимеров.

Полимеры получают из нефти, а их низкая стоимость коренится в изобилии сырья, в изобретательности инженеров-химиков, которые разработали процессы производства, и в эффекте масштаба, который достигается благодаря более широкому использованию. Менее 5 процентов нефтяного барреля используется для полимеров, и, таким образом, нефть, вероятно, останется основным сырьем в течение неопределенного времени. Полимеры составляют значительную часть клиентской базы нефти и привели к увеличению международной конкуренции в производстве товарных материалов, а также конструкционных термопластов и специальных полимеров.

Полимеры сейчас производятся в большом количестве и разнообразии. Полимеры используются в качестве пленочной упаковки, формованных форм для автомобильных кузовных деталей и телевизионных шкафов, композитов для клюшек для гольфа и деталей самолетов (планеров, а также для интерьера), пенопластов для кофейных чашек и изоляции холодильников, волокон для одежды и ковров, адгезивов для крепления все для чего угодно, резина для шин и камер, краски и другие покрытия для украшения и продления срока службы других материалов, а также множество других применений. Невозможно представить себе наш современный мир без повсеместного присутствия полимерных материалов. Полимеры стали неотъемлемая часть нашего общества, выполняющая сложные функции, которые улучшают качество нашей жизни.

Уникальные и ценные свойства полимеров берут свое начало в молекулярном составе их длинных цепей и в обработке, производимой при производстве продуктов. Как состав (в том числе химический состав, размер молекулы, разветвление и сшивание), так и обработка (зависит от потока и ориентации) имеют решающее значение для оценки свойств конечного продукта. В этой главе рассматриваются различные классы полимерных материалов и технические факторы, которые способствуют их полезности. Несмотря на впечатляющие успехи, которые были достигнуты в последние годы, все еще есть возможности для дальнейшего прогресса, и неспособность участвовать в этом процессе поставит Соединенные Штаты в статус второго сорта как нация.

Знакомые категории материалов, называемые пластиками, волокнами, резиной и клеями, состоят из разнообразных синтетических и натуральных полимеров. Полезно рассматривать эти типы материалов вместе под общей рубрикой структурных полимеров, потому что макроскопическое механическое поведение — по крайней мере часть их функции. По сравнению с классическими конструкционными материалами, такими как металлы, настоящее использование представляет собой значительное расширение этого термина. Как показано в Таблице 3.1 , на искусственные пластмассы, волокна и резину в США было произведено около 71 миллиарда фунтов стерлингов в 1992 году ( Chemical & Engineering News, 1993), и производство увеличилось в три раза за последние 20 лет. Цена, полученная оригинальным производителем, колеблется от примерно 0,50 до нескольких долларов за фунт, в зависимости от материала. При цене 20 долларов за баррель сырая нефть стоит около 0,06 доллара за фунт, и поэтому конверсия в полимеры представляет значительную добавленную стоимость. Поскольку эти материалы проходят несколько этапов производства, прежде чем они достигают конечного потребителя, конечное воздействие на национальную экономику измеряется сотнями миллиардов долларов в год.

Эти материалы имеют много различных химических и физических форм, таких как поперечно-сшитые по сравнению с несшитыми, кристаллические по сравнению с аморфными и эластичные по сравнению со стеклообразными. Совсем недавно стали важны структурные полимеры, имеющие жидкокристаллический порядок. Структурные полимеры редко используются в чистом виде, но часто содержат добавки в небольших количествах, такие как антиоксиданты, стабилизаторы, смазки, технологические добавки, зародышеобразователи, красители и антистатики или, в больших количествах, пластификаторы или наполнители. Наблюдается быстрый рост в областях смесей и композитов. В композитах материал фиксированной формы, такой как частицы (наполнитель) или волокна, диспергирован в полимерной матрице. Наполнитель или волокно могут представлять собой неорганический материал или другой органический полимер. Смеси (или сплавы), с другой стороны, состоят из двух или более полимеров, смешанных вместе, и отличаются от композитов тем, что геометрия фаз не предопределена до обработки. Некоторые полимеры используются для разных целей. Хорошим примером является полиэтилентерефталат, или ПЭТ, который изначально разрабатывался как текстильное волокно. В настоящее время он используется в пленке и ленте (практически вся магнитная записывающая лента основана на ПЭТ), в качестве формовочного материала и в качестве матрицы для стеклонаполненных композитов. Одним из самых больших применений является изготовление бутылок, особенно для безалкогольных напитков. ПЭТ также используется в смесях с другими полимерами, такими как поликарбонат. или ПЭТ, который изначально разрабатывался как текстильное волокно. В настоящее время он используется в пленке и ленте (практически вся магнитная записывающая лента основана на ПЭТ), в качестве формовочного материала и в качестве матрицы для стеклонаполненных композитов. Одним из самых больших применений является изготовление бутылок, особенно для безалкогольных напитков. ПЭТ также используется в смесях с другими полимерами, такими как поликарбонат. или ПЭТ, который изначально разрабатывался как текстильное волокно. В настоящее время он используется в пленке и ленте (практически вся магнитная записывающая лента основана на ПЭТ), в качестве формовочного материала и в качестве матрицы для стеклонаполненных композитов. Одним из самых больших применений является изготовление бутылок, особенно для безалкогольных напитков. ПЭТ также используется в смесях с другими полимерами, такими как поликарбонат.

Слово «пластик» часто используется в качестве синонима «полимер», но значение «полимер» основано на размерах молекул, в то время как «пластик» определяется с точки зрения деформируемости. Пластмассы представляют собой полимерные материалы, которые превращаются в разнообразные трехмерные формы, часто с помощью формования или экструзии расплава. Они сохраняют свою форму при удалении деформирующих сил, в отличие от некоторых других полимеров, таких как эластомеры, которые возвращаются к своей первоначальной форме. Пластмассы обычно классифицируются как термопласты или термореактивные материалы. в зависимости от их термической обработки.

Термопласты — это полимеры, которые размягчаются, текут при нагревании и снова становятся твердыми при охлаждении. Этот цикл может повторяться много раз, что делает возможной повторную обработку во время производства или переработки после использования потребителем с использованием технологий изготовления тепла, таких как экструзия или формование. Полимерные цепи в термопластах являются линейными или разветвленными и не становятся сшитыми, как в случае термореактивных материалов. Хотя существует много различных химических типов термопластов, на те, которые изготовлены только из четырех мономеров (этилена, пропилена, стирола и винилхлорида), приходится около 90 процентов всех термопластов, производимых в Соединенных Штатах ( Рисунок 3.1).). Из этих четырех типов полипропилен рос быстрее всего в последние годы — производство увеличилось в восемь раз за последние два десятилетия. Термопластичные полиэфиры, в первую очередь, ПЭТ, в настоящее время растут еще быстрее