MATERIAŁY SYNTETYCZNE: KONCEPCJA, RODZAJE I PRZYKŁADY - NAUKA - 2026

Materiały syntetyczne to materiały wykonane z syntetyzowanych polimerów lub małych cząsteczek. Związki używane do produkcji tych materiałów pochodzą z chemikaliów naftowych lub petrochemicznych.

Do wytwarzania różnych rodzajów włókien stosuje się różne związki chemiczne. Większość materiałów syntetycznych jest wykonana z chemikaliów pochodzących z polimerów, dzięki czemu są mocniejsze i bardziej odporne.

Materiały syntetyczne stanowią prawie połowę wszystkich materiałów stosowanych we wszystkich dziedzinach technologii tekstylnej. Istnieją różne metody wytwarzania tych materiałów, ale najczęściej stosuje się toczenie ze stopu. W procesie tym do zmiany i uformowania kształtu i wymiarów włókien lub materiałów syntetycznych stosowane są wysokie temperatury.

Materiały te są wytrzymałe i często oferują funkcje przyjazne dla konsumenta. Niektóre z najczęstszych cech to materiały wodoodporne, materiały rozciągliwe i części odporne na plamy.

Jest to możliwe, ponieważ włókna naturalne są wrażliwe na pierwiastki i z czasem ulegają zniszczeniu; oznacza to, że ulegają biodegradacji. Włókna naturalne są również podatne na uszkodzenia przez żerujące na nich szkodniki, tak jak ma to miejsce w przypadku ćmy, które żywią się bawełną, wełną i jedwabiem.

Włókna syntetyczne są odporne na te szkodniki i nie ulegają uszkodzeniu pod wpływem słońca, wody lub oleju. Niektóre z najpopularniejszych materiałów syntetycznych to nylon, poliester, włókno węglowe, sztuczny jedwab i spandex lub lycra.

W ostatnim czasie nastąpił boom na wynalezienie nowych materiałów syntetycznych. Dzięki technologii naukowcy odkryli nowe syntetyczne sposoby łączenia małych cząsteczek w duże łańcuchy poliestrowe o właściwościach odpowiednich do określonych zastosowań.

Przykładem tego są włókna polipropylenowe używane w dywanach lub odmiany polietylenu używane do produkcji plastikowych butelek. Udało im się również opracować niezwykle silne substancje, takie jak kevlar.

Rodzaje i właściwości materiałów syntetycznych

Biotworzywa

Tworzywa sztuczne nie ulegają degradacji, dlatego są dużym źródłem zanieczyszczenia środowiska. Ponadto większość tworzyw sztucznych pochodzi z ropy naftowej, która nie jest odnawialna.

Jednak technologia umożliwiła przekształcenie zasobów odnawialnych w tworzywa sztuczne i kauczuki syntetyczne. Substancje te są zrównoważone, ponieważ oszczędzają zasoby kopalne i chociaż nie ulegają jeszcze biodegradacji, jest to wielki postęp dla nauki.

Nylon

Jest to rodzina polimerów syntetycznych, wyprodukowana po raz pierwszy w 1935 roku; było to pierwsze masowo produkowane włókno syntetyczne. Było to spowodowane koniecznością wymiany azjatyckiego jedwabiu i konopi w spadochronach podczas II wojny światowej. W tym czasie był używany do produkcji opon, namiotów, poncha i innych materiałów wojskowych. Był nawet używany do robienia papierowych pieniędzy w Stanach Zjednoczonych.

Jest wysoce łatwopalny, pali się zamiast topić. Jest dość elastyczny; jest bardzo mocny, bardzo dobrze odporny na owady, zwierzęta, grzyby i wiele chemikaliów.

Ma wiele zastosowań komercyjnych we włóknach syntetycznych, takich jak wykładziny podłogowe i wzmocnienia gumowe; Znajduje również zastosowanie w modelowaniu części samochodowych, zwłaszcza komory silnika, a także w sprzęcie elektrycznym, szczoteczkach do zębów, dywanach, nylonach i tkaninach odzieżowych.

Solidny nylon jest również używany do produkcji szczotek do włosów i części mechanicznych, takich jak śruby i koła zębate. Żywice nylonowe są używane w niektórych opakowaniach do żywności; zwłaszcza w tych, które przychodzą w workach do piekarnika oraz w opakowaniach do wędlin i mięsa.

Tworzywa sztuczne

Tak nazywa się tworzywa sztuczne, które zostały wzmocnione różnymi włóknami, aby były bardziej elastyczne i mocne. Przykładem są mieszanki polimerów i węgla, które tworzą lekki materiał używany do transportu rzeczy przy efektywnym wykorzystaniu paliwa.

Związki te są coraz częściej stosowane, szczególnie w przemyśle lotniczym. Samoloty Airbus A360 i Boeing 787 są wykonane w 50% z tworzywa sztucznego. Jedyną rzeczą, która uniemożliwia jej częstsze wykorzystanie, zwłaszcza przy produkcji pojazdów, jest jej wysoki koszt.

Poliester

Materiał ten jest szeroko stosowany w przemyśle tekstylnym; większość ubrań ma pewien gatunek poliestru. Istnieje kilka odmian, które są nawet biodegradowalne, chociaż większość z nich nie jest.

Oprócz odzieży wiele tkanin poliestrowych jest używanych w wyposażeniu domu i pościeli. Poliester można znaleźć w koszulach, spodniach, kurtkach, czapkach, prześcieradłach, kołdrach, poduszkach, wypełnieniach, meblach tapicerowanych i ręcznikach. Poliester przemysłowy służy do wzmacniania opon, pasów bezpieczeństwa oraz wzmacniania silnie chłonnych tworzyw sztucznych.

Z tego materiału wykonuje się także m.in. butelki, kajaki, kable, hologramy. Dodatkowo stosowany jest jako wykończenie wyrobów drewnianych, takich jak gitary, fortepiany i wnętrza jachtów.

Poliester jest bardzo odporny na plamy; jedynymi barwnikami, które mogą go zabarwić, są tak zwane barwniki dyspersyjne. W wielu przypadkach tworzy się kombinacje włókien poliestrowych i naturalnych w celu uzyskania różnych wyników. Na przykład mieszanka poliestru i bawełny, polibawełna, jest mocną, odporną na zmarszczki, niekurczącą się tkaniną.

Materiał samonaprawiający się

Te nowe materiały, które są opracowywane, mają zdolność naprawy uszkodzeń, które w innych przypadkach mogłyby zostać uznane za nieodwracalne. Zostały odkryte na początku XXI wieku.

Polimery nie są jedynym materiałem zdolnym do samoleczenia, ale są najbardziej wydajne. Mają bardzo skomplikowane konstrukcje i są trudne w produkcji, ale po naprawie są trwalsze niż inne polimery. Oczekuje się, że będą coraz częściej stosowane w powłokach, elektronice i transporcie.

Włókno węglowe

Jest to mocny i lekki wzmocniony plastik zawierający włókno węglowe. Włókno węglowe może być drogie w produkcji, ale jest szeroko stosowane w motoryzacji, lotnictwie, inżynierii lądowej, artykułach sportowych i innych zastosowaniach technicznych.

Jest sztywny, ale jednocześnie plastyczny i ma dobrą odporność na wysokie temperatury.

Kevlar

Kevlar to bardzo mocny plastik. Posiada bardzo poszukiwane właściwości, ponieważ jest wykonany z włókien silnie do siebie dociskanych. Jest krewnym nylonu, uważany jest za super polimer i został wprowadzony na rynek w latach 70-tych.

Jest to bardzo mocny materiał, ale stosunkowo lekki. Nie topi się i rozkłada tylko w temperaturze wyższej niż 450 ° C; zimno też jej nie szkodzi, wytrzymuje temperatury do -196 ° C. Jest odporny na ataki różnych chemikaliów, a wilgoć go nie uszkadza.

Kevlar jest doskonałym materiałem antybalistycznym, ponieważ pocisk lub nóż trudno jest przejść przez włókna. Jest mocniejszy niż stal, jak nowoczesna zbroja, ale lżejszy i bardziej elastyczny niż stal.

Inne zastosowania Kevlaru obejmują wykorzystanie do produkcji opon rowerowych, łodzi żaglowych i naciągów bębnów muzycznych.

Lycra

Lycra lub spandex to włókno znane z wyjątkowej elastyczności; może rozwinąć się nawet 5-krotnie. Jego najcenniejsze cechy to to, że pomimo rozciągania wraca do swoich pierwotnych rozmiarów i schnie szybciej niż inne tkaniny. Jest mocniejszy i trwalszy niż guma i został wynaleziony w latach pięćdziesiątych XX wieku.

Ze względu na swoją elastyczność i wytrzymałość jest stosowany w wielu artykułach odzieżowych, zwłaszcza sportowych. Spodenki rowerowe, kąpielówki, spodnie narciarskie, kombinezony triathlonowe i pianki to tylko niektóre z najczęstszych zastosowań. Inne zastosowania obejmują bieliznę, kostiumy kąpielowe, rękawiczki i lycrę.

Inteligentne polimery reaktywne

Kauczuki i żele syntetyczne mogą dostosowywać swój kształt w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne; oznacza to, że reagują na zmiany w środowisku. Ta funkcja jest bardzo przydatna, ponieważ może pomóc w projektowaniu innych inteligentnych materiałów, takich jak czujniki i alarmy. Gdy dodamy do tego równania technologię samonaprawiania, wyniki mogą mieć ważne zastosowania w wielu gałęziach przemysłu.

Materiały te mogą być wrażliwe na zmiany temperatury, wilgotności, pH, natężenia światła oraz pola magnetyczne i elektroniczne. Mogą zmieniać jego kolor, przezroczystość, a nawet kształt.

Są wykorzystywane w inżynierii biomedycznej, hydrożelach i opakowaniach biodegradowalnych.

Akryl

Został opracowany w latach czterdziestych XX w. Jest mocny, lekki i ciepły, dlatego jest powszechnie stosowany w swetrach, jako obicie mebli, w dywanach oraz do okrywania butów i rękawiczek.

Jest tak miękki, że w dotyku przypomina wełnę; Po przejściu odpowiedniej procedury można nim imitować inne tkaniny, np. Bawełnę. Czasami jest używany jako substytut droższego kaszmiru.

Akryl jest bardzo trwały i mocny. Bardzo dobrze przyjmuje kolor, nie ma problemów podczas prania i jest zwykle hipoalergiczny. Jeśli chodzi o odzież, zwykle jest używana do produkcji pończoch, szalików i czapek. Dodatkowo stosowany jest w nitkach do dziania, zwłaszcza do szydełkowania.

Kauczuk syntetyczny

Początki kauczuku syntetycznego sięgają końca XIX wieku ze względu na potrzebę stworzenia odmiany kauczuku naturalnego, która mogłaby sprostać zapotrzebowaniu przemysłu motoryzacyjnego.

Kauczuk syntetyczny jest lepszy od kauczuku naturalnego, ponieważ jego skład pozwala na lepszą kontrolę i odkształcenia bez utraty elastyczności.

Kleje

Kleje mogą być pochodzenia zwierzęcego, roślinnego lub syntetycznego. Ta ostatnia oparta jest na polimerach pochodzących z ropy naftowej, a także na klejach kauczuku syntetycznego lub poliuretanowego.

Z kolei kleje można podzielić ze względu na ich skład na kleje jednoskładnikowe i dwuskładnikowe.

Polimerowa glina

Pełni funkcje gliny ziemnej, tylko że składa się głównie z polichlorku winylu (PVC). Jest na rynku od niedawna, ale jego niski koszt i możliwości pozwalają na coraz szersze zastosowanie w porównaniu z tradycyjną glinką.

Silikon

Syntetyczny skład silikonu został przeprowadzony w 1938 roku. Jest to bardzo wszechstronny produkt do codziennego użytku w takich branżach jak elektronika, budownictwo, farmacja czy meble. Największą możliwością jest to, że można go podgrzać do wysokich temperatur bez deformacji lub utraty swoich właściwości.

Tworzywa termoplastyczne

Tworzywa termoplastyczne to połączenie tworzyw sztucznych pochodzących z ropy naftowej oraz tlenu, wodoru i węgla. Jego główną zaletą jest to, że można je stopić, aby później przybrać pożądany kształt.

Jest stosowany w przemyśle motoryzacyjnym do produkcji reflektorów, produktów wodoodpornych, takich jak zasłony prysznicowe czy płaszcze przeciwdeszczowe, czy do produkcji rur.

Bibliografia

1. Jakie są przykłady materiałów syntetycznych? Pytania i odpowiedzi. Odzyskany z reference.com.
2. Pięć materiałów syntetycznych, które mogą zmienić świat (2015). Rozmowa. Odzyskany z theconversation.com.
3. Nylony (poliamid) (2017) Plastipedia. Odzyskany z bpf.com.uk.
4. Część 8: Barwienie przy użyciu barwników dyspersyjnych. (Dziewiętnaście osiemdziesiąt jeden). AATC. Odzyskany z books.google.com.
5. Domowe udogodnienia: sztuka i nauka prowadzenia domu. (2005) Simon and Schuster. Odzyskany z books.google.com.
6. (2016) Wyjaśnij, że rzeczy. Odzyskany z wyjaśnienia.
7. Smart Polymers for Bioseparation and Bioprocessing (2001) CRC. Odzyskany z books.google.com.
8. Marka Kevlar®. Lepsze, mocniejsze i bezpieczniejsze. Odzyskany z dupont.com.
9. Technologia produkcji: materiały, procesy i sprzęt (2011). Boca Raton na Florydzie. NAS. CRC. Odzyskany z books.google.com.