폴리머 엔지니어링

Polymer engineering

폴리머 엔지니어링은 일반적으로 폴리머 재료를 설계, 분석 및 수정하는 엔지니어링 분야입니다.폴리머 엔지니어링은 석유화학 산업, 폴리머의 구조 및 특성, 폴리머의 특성, 폴리머의 복합화 및 가공, 주요 폴리머의 설명, 구조 특성 관계 및 응용 분야를 다룹니다.

역사

"폴리머"라는 단어는 스웨덴의 화학자 J. J. 베르젤리우스에 의해 도입되었습니다.예를 들어 벤젠(CH66)을 에틴(CH)의22 중합체로 간주했습니다.나중에 이 정의는 미묘한 수정을 [1]거쳤다.

인간이 고분자를 사용한 역사는 19세기 중반부터 오래되었으며, 이때부터 천연 고분자의 화학적 변형이 시작되었다.1839년, C.Goodyear는 천연 고무를 실용적인 엔지니어링 [2]재료로 바꾸는 고무 가황 연구에 중요한 진보를 발견했습니다.1870년 J. W. 하얏트는 니트로셀룰로오스 플라스틱을 산업화하기 위해 장뇌를 사용하여 니트로셀룰로오스 플라스틱을 가소화했습니다.1907 L.백클랜드는 1920년대에 산업화된 최초의 열경화성 페놀수지 합성, 최초의 합성 플라스틱 [3]제품을 발표했다.1920년 H. 스탠더 교수는 폴리머가 구조 단위로 공통 공유 [4]결합을 통해 연결된 긴 사슬 분자라고 제안했다.이 결론은 현대 고분자 과학의 확립을 위한 토대를 마련했다.이어서 Carothers는 합성 폴리머를 2개의 큰 범주로 분류했다.즉, 중축합 반응에 의해 얻은 중축합물과 중축합 반응에 의해 얻은 부가 폴리머이다.1950년대에 K. 지글러와 G. 낫타는 배위 중합 촉매를 발견하여 입체 고분자 합성 시대를 열었다.고분자 개념이 확립된 지 수십 년 만에 고분자의 합성이 비약적으로 발전하면서 중요한 고분자가 속속 공업화됐다.

분류

폴리머를 열가소성 플라스틱, 엘라스토머 및 열경화성 세트로 기본적으로 구분하여 적용 영역을 정의합니다.

열가소성 플라스틱

열가소성 수지는 열연화 및 냉각 경화 특성을 가진 플라스틱을 말합니다.우리가 일상생활에서 사용하는 대부분의 플라스틱은 이 범주에 속합니다.부드러워지고 가열하면 균등하게 흐르며 냉각이 딱딱해집니다.이 과정은 되돌릴 수 있으며 반복할 수 있습니다.열가소성 수지는 상대적으로 인장률이 낮지만 밀도와 투명성 등의 특성이 낮아 소비자 제품 및 의료 제품에 이상적입니다.폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 아세탈수지, 폴리카보네이트, PET 등 널리 사용되는 소재입니다.[5]

엘라스토머

일반적으로 엘라스토머는 외력을 제거한 후 원상태로 회복할 수 있는 물질을 말하며, 탄성을 가진 물질은 반드시 엘라스토머는 아니다.엘라스토머는 약한 응력에서만 변형되며 응력은 원상태와 크기에 가까운 폴리머 소재로 빠르게 회복됩니다.엘라스토머는 모듈리가 매우 낮고 변형 시 가역 확장을 보이는 고분자로, 진동 흡수 및 감쇠에 중요한 특성입니다.열가소성 플라스틱(이 경우 열가소성 엘라스토머라고 함)이거나 타이어와 같은 대부분의 기존 고무 제품에서와 같이 가교될 수 있습니다.일반적으로 사용되는 대표적인 고무는 천연고무, 니트릴고무, 폴리클로로프렌, 폴리부타디엔, 스티렌부타디엔, 불소화고무 등이다.

보온 세트

열경화성 수지를 주성분으로 하여 제품을 형성하는 플라스틱을 각종 필요한 첨가물과 조합하여 가교경화공정에 의해 형성한다.제조 또는 성형 공정 초기 액체이며 경화 후 불용성, 불침투성이며 녹이거나 연화할 수 없습니다.일반적인 열경화성 플라스틱은 페놀 플라스틱, 에폭시 플라스틱, 아미노 플라스틱, 불포화 폴리에스테르, 알키드 플라스틱 등이다.열경화 플라스틱과 열가소성 수지가 함께 합성 플라스틱의 두 가지 주요 구성 요소를 구성합니다.열경화성 플라스틱은 포름알데히드 가교형과 기타 가교형의 두 가지로 나뉜다.

열경화성 수지에는 페놀수지, 폴리에스테르 및 에폭시수지가 포함되며, 이들 모두 섬유유리 및 아라미드와 같은 단단한 섬유로 강화될 경우 복합재료에 널리 사용됩니다.가교로 인해 이러한 재료의 열경화 폴리머 매트릭스가 안정화되므로 강철과 같은 기존 엔지니어링 재료와 더 유사한 물리적 특성을 가집니다.그러나 금속에 비해 밀도가 매우 낮기 때문에 경량 구조에 이상적입니다.또한 피로도 덜하기 때문에 정기적으로 사용 중 스트레스를 받는 안전 중요 부품에 이상적입니다.

자재

플라스틱

플라스틱은 중합과 중축합에 의해 중합되는 고분자 화합물이다.구성과 모양은 자유롭게 변경할 수 있습니다.합성수지 및 필러, 가소제, 안정제, 윤활유, 착색제 및 기타 [6]첨가제로 구성됩니다.플라스틱의 주요 성분은 수지입니다.수지란 폴리머 화합물에 다양한 첨가물이 첨가되지 않은 것을 의미합니다.레진이라는 용어는 원래 로진이나 셸락과 같은 식물과 동물에서 기름이 분비되는 것을 위해 붙여졌다.수지는 플라스틱 총 중량의 약 40~100%를 차지합니다.플라스틱의 기본 특성은 주로 수지의 성질에 따라 결정되지만 첨가제 또한 중요한 역할을 합니다.일부 플라스틱은 기본적으로 합성 수지로 만들어지며, 플렉시글라스,[7] 폴리스티렌 등의 첨가제를 포함하거나 포함하지 않습니다.

파이버전

섬유는 하나의 물질로 이루어진 연속 또는 불연속 필라멘트를 말합니다.동물과 식물섬유는 조직을 유지하는데 중요한 역할을 한다.섬유는 널리 사용되며 좋은 실, 실 끝, 삼베 로프로 짜여질 수 있습니다.그것들은 또한 종이나 촉감을 만들 때 섬유질 층으로 짜여질 수 있다.또한 합성물을 형성하기 위해 다른 재료와 함께 다른 재료를 만드는 데 일반적으로 사용됩니다.따라서 천연 섬유 필라멘트 재료인지 합성 섬유 필라멘트 재료인지 여부입니다.현대 생활에서 섬유는 어디에나 적용되고 있으며, 많은 첨단 [8]제품들이 있다.

고무

고무는 고탄성 고분자 재료와 가역적인 형태를 말한다.실온에서 신축성이 있어 약간의 외력으로 변형될 수 있습니다.외력을 제거한 후 원상태로 되돌릴 수 있습니다.고무는 낮은 유리 전이 온도와 종종 수십만 개가 넘는 큰 분자량을 가진 완전히 비정질 폴리머입니다.고탄성 고분자 화합물은 천연고무와 합성고무로 분류할 수 있다.천연고무 가공은 식물에서 고무와 풀고무를 추출합니다.합성고무는 다양한 모노머에 의해 중합됩니다.고무는 탄성, 단열성, 불투수성 내공성 재료로 사용할 수 있습니다.

적용들

미 공군의 B-2 스피릿 스텔스 폭격기.

폴리에틸렌

일반적으로 사용되는 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)으로 분류할 수 있다.그 중에서도 HDPE는 열, 전기 및 기계적 특성이 우수하며, LDPE와 LLDPE는 유연성, 충격 특성 및 성막 특성이 우수합니다.LDPE와 LLDPE는 주로 비닐 봉투, 비닐 랩, 병, 파이프 및 용기에 사용됩니다. HDPE는 다양한 [9]용제에 대한 내성이 있기 때문에 필름, 파이프라인 및 생필품과 같은 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.

폴리프로필렌

폴리프로필렌은 내화학성과 용접성이 뛰어나 다양한 용도로 널리 사용됩니다.일반 플라스틱 중 밀도가 가장 낮습니다.일반적으로 패키지 애플리케이션, 소비재, 자동 애플리케이션 및 의료 애플리케이션에 사용됩니다.폴리프로필렌 시트는 높은 인장 강도, 내온성 및 [10]내식성 등의 특성으로 인해 산업 부문에서 산 및 화학 탱크, 시트, 파이프, RTP(Returnable Transport Packaging) 등을 생산하는 데 널리 사용됩니다.

컴포지트

공기역학적 바퀴와 에어로 바를 갖춘 시용 탄소 섬유 복합 자전거

복합 재료의 일반적인 용도는 항공우주 및 자동차용 모노코크 구조뿐 아니라 낚싯대 및 자전거와 같은 일상적인 제품입니다.스텔스 폭격기는 최초의 복합 항공기였지만, 에어버스와 보잉 787과 같은 많은 여객기는 동체에 소수성 멜라민 발포체와 [11]같은 복합 재료의 비율을 증가시키고 있다.복합 재료의 물리적 특성이 상당히 다르기 때문에 설계자는 부품을 성형할 때 훨씬 더 자유로워 보입니다. 그래서 복합 제품은 종종 기존 제품과 다르게 보입니다.반면 구동축, 헬리콥터 로터 블레이드 및 프로펠러와 같은 일부 제품은 이러한 구성요소의 기본적인 기능적 요구 때문에 금속 전구체와 동일하게 보입니다.

생물의학 응용 프로그램

생분해성 고분자는 많은 생물의학 및 제약 분야에서 널리 사용되는 재료입니다.이러한 폴리머는 통제된 약물 전달 장치에 매우 유망한 것으로 간주됩니다.생분해성 폴리머는 상처 관리, 정형외과 장치, 치과 응용 및 조직 공학에도 큰 잠재력을 제공합니다.비생분해성 고분자와는 달리, 그것들은 몸에서 두 번째 단계의 제거가 필요하지 않습니다.생분해성 고분자는 분해되어 목적을 달성한 후 몸에 흡수됩니다.1960년 이후, 글리콜산과 젖산으로 제조된 폴리머는 의료 산업에서 다양한 용도로 사용되어 왔다.폴리락테이트(PLA)는 빠르고 조절 가능한 분해 [12]속도 때문에 약물 전달 시스템에 널리 사용됩니다.

막테크놀로지

멤브레인 기술은 수년간 액체 및 가스 시스템에서의 분리에 성공적으로 사용되었으며, 고분자 멤브레인들은 제조 비용이 낮고 표면을 수정하기 쉬워서 다양한 분리 과정에 적합하기 때문에 가장 일반적으로 사용된다.고분자는 생물학적 활성 화합물 분리 신청, 연료 전지용 양성자 교환막, 이산화탄소 포집 공정용 막 계약자 등 여러 분야에서 도움을 준다.

관련 전공

  • 석유/화학/광물/지질
  • 원료 및 가공
  • 새로운 에너지
  • 자동차 및 예비 부품
  • 기타 산업
  • 전자기술/반도체/집적회로
  • 기계/기기/중공업
  • 의료기기/기구

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Sharma, Rajiv (January 1991). "Convenient use of applicators for PTLC". Journal of Chemical Education. 68 (1): 70. Bibcode:1991JChEd..68...70S. doi:10.1021/ed068p70. ISSN 0021-9584.
  2. ^ Meister, John J. (25 July 2000). Polymer modification : principles, techniques, and applications. ISBN 9781482269819. OCLC 1075130719.
  3. ^ Rezwan, K.; Chen, Q.Z.; Blaker, J.J.; Boccaccini, Aldo Roberto (June 2006). "Biodegradable and bioactive porous polymer/inorganic composite scaffolds for bone tissue engineering". Biomaterials. 27 (18): 3413–3431. doi:10.1016/j.biomaterials.2006.01.039. ISSN 0142-9612. PMID 16504284.
  4. ^ "Nonlinear Viscoelasticity" (PDF), Polymer Engineering Science and Viscoelasticity, Springer US, 2008, pp. 327–364, doi:10.1007/978-0-387-73861-1_10, ISBN 9780387738604
  5. ^ "Thermoplastics :: PlasticsEurope". www.plasticseurope.org. Retrieved 2019-01-25.
  6. ^ Larson, Ronald G. (2014). Constitutive Equations for Polymer Melts and Solutions : Butterworths Series in Chemical Engineering. Elsevier Science. ISBN 9781483162867. OCLC 1040036368.
  7. ^ Rodriguez, Ferdinand; Cohen, Ferdinand; Ober, Christopher K.; Archer, Lynden (2003-07-29). Principles of Polymer Systems 5th Edition. doi:10.1201/b12837. ISBN 9780203428504.
  8. ^ Ho, Peter K. H. (2000-03-30). "Molecular-scale interface engineering for polymer light-emitting diodes". Nature. Nature Publishing Group. 404 (6777): 481–484. Bibcode:2000Natur.404..481H. doi:10.1038/35006610. OCLC 927049007. PMID 10761912. S2CID 4392276.
  9. ^ Ho, Peter K. H. (2000-03-30). "Molecular-scale interface engineering for polymer light-emitting diodes". Nature. Nature Publishing Group. 404 (6777): 481–484. Bibcode:2000Natur.404..481H. doi:10.1038/35006610. OCLC 927049007. PMID 10761912. S2CID 4392276.
  10. ^ "Polypropylene (PP) Plastic: Types, Properties, Uses & Structure Info". omnexus.specialchem.com. Retrieved 2019-03-17.
  11. ^ "Polymer Technologies Receives 2012 Boeing Award".
  12. ^ Bartosz Tylkowski; Karolina Wieszczycka; Renata Jastrząb, eds. (2017-09-25). Polymer Engineering. ISBN 9783110469745. OCLC 1011405606.

참고 문헌

  • Lewis, Peter Rhys 및 Gagg, C, 법의학 폴리머 엔지니어링: Woodhead/CRC Press(2010)는 고분자 제품이 작동하지 않는 이유를 설명합니다.