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均聚物与共聚物:解锁塑料性能背后的化学奥秘

均聚物与共聚物:解锁塑料性能背后的化学奥秘

嘿!谁是有机化学爱好者?*蟋蟀声* 好吧,您可能不爱学它,但没有那些基于碳的分子链,生活会很艰难。所以在Protolabs,我们致力于向那些称为聚合物的特殊键合原子群致敬。这尤其真实,因为我们制造中使用的塑料都基于碳分子链,其化学结构影响强度、环境相互作用、外观等。但这不是有机化学课。不。这是一篇博客,帮您理解不同有机分子链如何影响您制造零件所选的材料。所以,给我个C(代表碳)!

单体:塑料的构建基石

单体是想与其他分子结合的分子,结合后形成称为聚合物的链,有点像拉丝奶酪。不出所料,该过程称为聚合。为简化起见,只需知道均聚物是含有单一单体重复链的聚合物。共聚物由两种或更多不同类型的键合单体组成。

没有单体就没有塑料。常见单体包括乙烯、丙烯、苯乙烯、甲醛、苯酚、乙腈和乙二醇。

均聚物与共聚物化学对比

特性

均聚物

共聚物

化学组成

单一重复单体

两种或更多单体

结构

简单链

复杂链

例子

PVC、聚乙烯、
聚丙烯、
聚苯乙烯

聚(乙酸乙烯酯)、
聚(环氧乙烷)

例如,PVC,您地下室里常见的白色管道,由单一类型单体——氯乙烯——链接而成聚氯乙烯。“Poly”意为“多”。共聚物尼龙6/6是两种单体的组合:己二酸和己二胺。

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构建共聚物

现在,这里有能让初次约会对象眼前一亮的知识。这是从简单分子到更复杂共聚物的基本示例(见插图)。从基本烃类——苯环开始。每个碳原子需要四个键达到稳定,可见苯环中每个碳原子与一个碳单键、与另一个碳双键。为完成平衡分子,我们给每个碳加一个氢原子。

制造苯乙烯(单体),将其中一个氢原子替换为C2H3基团。碳仍有四键、氢有一键,分子稳定。

制造均聚物聚苯乙烯,将苯乙烯分子键合。碳四键、氢一键依然存在。稳定。

从聚苯乙烯跨越到ABS稍复杂,因为需要添加丙烯腈和丁二烯单体到苯乙烯中。多种单体使其成为共聚物。所有原子对其1、4或氮的3键都满意。

您的第二次约会有保障了。

均聚物与共聚物:差异对比

例如,比较两种乙醛,均聚物Delrin和共聚物Celcon (即Tecaform):

特性

均聚物

共聚物

结晶度

较高

较低

刚度

✓

抗张强度

✓

冲击抗性

✓

蠕变抗性

初期良好

长期更好

抗氧化性

✓

尺寸稳定性

短期

长期

耐水性

✓

耐温性

较高热变形温度

更耐长期高温暴露

值得注意的是,玻纤增强共聚物往往比其均聚物对应物更强、更持久。添加的玻璃纤维在改善机械性能上起决定性作用。上述差异在相关单体家族的所有均聚物和共聚物中普遍成立。

选择您的聚合物

归根结底,关键是为您的零件选择最佳材料,但了解均聚物和共聚物的基本差异,能让您对选择哪种最佳材料有更深入的洞察。

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