Головна

Поняття про полімери

  1.  A. Поняття дії в класичній механіці
  2.  Event-менеджмент - поняття, основні методи.
  3.  I. Поняття конфлікту
  4.  I. Територіальна і соціальна диференціація мови. Поняття загальнонародного і національної мови. Літературна мова.
  5.  II. ПОЛІТИКА: ПОНЯТТЯ І ГРОМАДСЬКИЙ СЕНС
  6.  II. Поняття і види динаміки мови. Екстра-та інтралінгвістичні (внутрішні) умови розвитку мови.
  7.  II. Поняття про граматичному ладі мови як об'єкт і предмет вивчення граматики.

Класифікуються полімери за різними ознаками: складом, формою макромолекул, фазового стану, полярності, відношенню до нагрівання і т. Д.

за природою всі полімери можна розділити на дві групи - природні и синтетичні. Полімери, що зустрічаються в природі - органічні речовини рослинного (бавовна, шовк, натуральний каучук і ін.) І тваринного (шкіра, шерсть і ін.) Походження, а також мінеральними речовинами (слюда, азбест, природний графіт, природний алмаз і ін.) . синтетичні полімери отримують з простих речовин шляхом хімічного синтезу. Основною перевагою синтетичних полімерів перед природними є необмежені запаси вихідної сировини і широкі можливості синтезу полімерів з наперед заданими властивостями. Початковою сировиною для отримання синтетичних полімерів є продукти хімічної переробки нафти, природного газу і кам'яного вугілля. Отримані при цьому низькомолекулярні речовини називають мономерами. Їх переробляють в полімери в процесі подальшої хімічної обробки.

За способом отримання полімери ділять на полімеризації і поліконденсаційні.

полімеризація - процес хімічної сполуки великого числа молекул мономера в одну велику молекулу полімеру без зміни елементарного складу мономера. В процесі полімеризації не відбувається виділення побічних продуктів реакції. По елементного складу полімер і мономер ідентичні.

поліконденсація - процес утворення полімеру з молекул різних мономерів в результаті хімічних реакцій з виділенням побічних продуктів реакції. Елементний склад полімеру відрізняється від складу які брали участь в реакції поліконденсації мономерів.

Схематично формулу полімеру записують у вигляді [М]n де М - хімічну будову мономера; n - показник, що характеризує ступінь полімеризації.

за складом всі полімери поділяють на органічні, елементоорганіческіе, неорганічні.

органічні полімери складають найбільш велику групу сполук. Якщо основна молекулярна ланцюг таких з'єднань утворена тільки вуглецевими атомами, то вони називаються карбоцепні полімерами. У гетероланцюгових полімери атоми інших елементів, присутні в основному ланцюзі, крім вуглецю, суттєво змінюють властивості полімеру. Так, в макромолекулах атоми кисню сприяють підвищенню гнучкості ланцюга, атоми фосфору і хлору підвищують вогнестійкість, атоми сірки надають газонепроникність, атоми фтору, повідомляють полімеру високу хімічну стійкість і т. Д. Органічними полімерами є смоли і каучуки.

елементоорганіческіе з'єднання в природі не зустрічаються. Цей клас матеріалів повністю створений штучно. Вони містять у складі основного ланцюга неорганічні атоми (Si, Тi, А1), що поєднуються з органічними радикалами (СН3, З6Н5, СН2). Ці радикали додають матеріалу, міцність і еластичність, а неорганічні атоми повідомляють підвищену теплостійкість. Представниками їх є кремнійорганічні сполуки.

К неорганічним полімерів відносяться силікатні скла, кераміка, слюда, азбест. У складі цих сполук вуглецевого скелета немає. Основу неорганічних матеріалів складають оксиди кремнію, алюмінію, магнію, бору, фосфору, кальцію і ін. Органічні радикали в складі неорганічних полімерів відсутні. До неорганічних відносяться і полімери, основна молекулярне ланка яких, як і в разі органічних полімерів, складається з атомів вуглецю, як, наприклад, графіт і алмаз, причому графіт містить і незначна кількість атомів водню. Однак на відміну від органічних полімерів, що утворюють основну молекулярне ланка переважно у вигляді лінійних ланцюгів, графіт і алмаз утворюють просторові структури. Це надає їм властивості, різко відрізняються від властивостей органічних полімерів. Графіт є єдиним речовиною, що залишаються в твердому стані при температурі понад 4000 ° С, а алмаз є найтвердішим речовиною.

За формою макромолекул полімери ділять на лінійні (цеповідние), розгалужені, плоскі, стрічкові (сходові), просторові або сітчасті. лінійні макромолекули полімеру являють собою довгі зигзагоподібні або закручені в спіраль ланцюжка (рис. 1, а).

Гнучкі макромолекули з високою міцністю уздовж ланцюга і слабкими міжмолекулярними зв'язками забезпечують еластичність матеріалу, здатність його розм'якшуватися при нагріванні, а при охолодженні знову укріпляти (поліетилен, поліаміди та ін.).

розгалужені макромолекули (рис. 1, б), будучи також лінійними, відрізняються наявністю бічних відгалужень, що перешкоджає їх щільній упаковці (поліізобутилен).

макромолекула сходового полімеру (рис. 1, в) складається з двох ланцюгів, з'єднаних хімічними зв'язками. Сходові полімери мають більш жорстку основну ланцюг і мають підвищену теплостійкість, більшу жорсткість, вони нерозчинні в стандартних органічних розчинниках (кремнійорганічні полімери).

Просторові полімери утворюються при з'єднанні ( «зшивці») макромолекул між собою в поперечному напрямку міцними хімічними зв'язками безпосередньо або через хімічні елементи або радикали. В результаті утворюється сітчаста структура з різною густотою сітки. Редкосетчатие (Сітчасті) полімери (див. Рис. 1, д) втрачають здатність розчинятися і плавитися, вони мають пружністю (м'які гуми). Густосетчатие (Просторові) полімери (див. Рис. 1, г) відрізняються твердістю, підвищеною теплостійкістю, не розчиняється. Просторові полімери лежать в основі конструкційних неметалевих матеріалів. До сітчастим полімерам відносяться також пластинчасті (паркетні) Полімери (рис. 1, е).

лінійна розгалужена сходова
густосетчатая редкосетчатая паркетна

Мал. 1. Форми макромолекул полімерів


Залежно від взаємної орієнтації макромолекул полімери можуть знаходитися в аморфному або кристалічному станах. В аморфному зостояніе полімер має упорядкований будова тільки в межах ділянок, розміри яких порівнянні з розмірами ланок ланцюга макромолекул, т. е. в аморфних полімерах дотримується ближній порядок. В кристалічних полімери дотримується не тільки ближній, а й далекий порядок на відстанях, у багато разів перевищують розміри ланок ланцюга макромолекул полімеру.

У структурі реальних полімерів практично завжди містяться як аморфна, так і кристалічна частини. За домінуванням тієї чи іншої структури полімери ділять на аморфні та кристалічні.

Характерними елементами надмолекулярної структури полімерів є кулька (Рис. 2, а) для аморфних структур і пачка (Рис. 2, б) для кристалічних. Глобула є згорнуті в клубок ланцюга макромолекул полімеру або їх агрегатів. Пачка складається з паралельно розташованих ланцюгів, причому сумарна довжина пачки, як правило, перевищує довжину окремих ланцюгів макромолекул полімеру.

Аморфний стан для більшості полімерів термодинамічно більш стійко, що визначається енергетично більш вигідною формою надмолекулярного освіти аморфного полімеру: кулька володіє мінімумом вільної енергії.

Виділяється в процесі полімеризації кристалізується полімеру пачка макромолекул характеризується анізометрі, тому енергетично вигідним є її розташування паралельно поверхні кристалізації. Взаємоузгоджена орієнтація макромолекул відносно поверхні кристалізуються полімерів визначає все різноманіття надмолекулярних структур кристалізуються полімерів. Термодинамічно найбільш стійкою формою надмолекулярного освіти є сфероліт (Рис. 2, в), сформований тангенциально розташованими пачками макромолекул. Сферолітние структури типові для більшості кристалізуються полімерів.

   

Мал. 2. Елементи надмолекулярної структури полімерів


На поверхнях розділу сферолітів умови контактної взаємодії макромолекул різні. Експериментально встановлено, що міцність торцевого контакту макромолекул більш ніж на порядок перевищує міцність бокового контакту. Це відкриває можливість управління міцністю кристалізуються полімерів.

Прикладом практичної реалізації впливу надмолекулярної структури на міцність може служити ориентационное зміцнення полімерів. В процесі витяжки полімерів при підвищених температурах макромолекули орієнтуються паралельно напрямку прикладання навантаження. Отримана структура полімеру потім фіксується шляхом зниження температури під силовим навантаженням. Фізико-механічні властивості полімеру в напрямку орієнтації збільшуються приблизно в 5 разів, а в перпендикулярному напрямку зменшуються до 2 разів у порівнянні з вихідним значенням. Анізотропія міцності пояснюється зміною співвідношення торцевого і бічного контактів макромолекул полімеру. Орієнтаційні зміцнення полімерів найбільш широко застосовується при отриманні штучних волокон і плівок.

Стосовно до електричного поля (по полярності) Полімери поділяються на полярні и неполярні. Полярність визначається наявністю в складі полімеру диполів - роз'єднаних центрів позитивних і негативних зарядів.

У полярних полімери (рис. 3, а) є полярні зв'язку (угруповання -Сl, -F, ОН) і несиметрія в їх структурі: Центр тяжкості електронів зрушать убік більш електронегативного атома. Центр тяжкості різнойменних зарядів не збігаються.

Полярні полімери мають підвищену міцність, жорсткість, але низьку морозостійкість (крихкість вже при -10 ...- 20 ° С). Їх можна зварювати струмом високої частоти. Полярності полімеру можна оцінити за величиною діелектричної проникності Е. У полярних полімерів Е ? 3,5.

полярний неполярний

Мал. 3 Приклад полярного і неполярного полімеру


Полярні (На основі вуглеводнів) - високоякісні діелектрики, мають гарну морозостійкість.

Дипольний момент зв'язків атомів в неполярних полімери взаємно компенсується. У макромолекулах неполярних полімерів симетричне розташування груп (рис. 3, б). Центри ваги різнойменних зарядів збігаються.

всі полімери по відношенню до нагрівання підрозділяють на термопластичні и термореактивні.

Деякі полімери при нагріванні плавно переходять через вязкопластіческого в рідинних стан. При охолодженні відзначається також плавний перехід в твердий стан. Нагрівання полімеру до температур нижче температури його термічної деструкції не викликає незворотного зміни властивостей матеріалу, що дозволяє багаторазово повторювати процес термічної обробки лінійних полімерів. Такі структури макромолекул утворюють клас термопластичних полімерів.

Інші полімери під дією теплоти, минаючи рідкий стан, необоротно переходять в твердий стан і не можуть використовуватися повторно. Така поведінка полімерів при нагріванні називають термореактивним, а самі полімери відносять до класу термореактивних полімерів.

Особливості будови полімерів надають великий вплив на їх фізико-механічні та хімічні властивості. Внаслідок високої молекулярної маси вони не здатні переходити в газоподібний стан, при нагріванні утворювати низковязкие рідини, а термостабільні навіть не розм'якшуються. З підвищенням молекулярної маси зменшується розчинність полімеру.

Полідісперсность, притаманна полімерам, призводить до значного розкиду показників при визначенні фізико-механічних властивостей полімерних матеріалів. Механічні властивості полімерів (пружні, міцнісні) залежать від їх структури, фізичного стану, температури і т. Д.

Полімери можуть знаходитися в трьох фізичних станах: стеклообразном (аморфному або кристалічному), високоеластичном і вязкотекучем (рідкому).

склоподібний стан (Аморфне, кристалічна) - твердий стан, має фіксоване розташування макромолекул. Атоми ланок молекул знаходяться тільки в коливальному русі у положення рівноваги, рух ланок і переміщення молекул не відбувається. Перехід полімеру в подібний стан відбувається при певній температурі Тс, званої температурою стеклования. Температура склування (Тс) визначає теплостійкість і морозостійкість полімеру. У склоподібного стану знаходяться полімери з просторовою сітчастою структурою.

високоеластичний стан має місце при температурі вище температури склування Тс. Високоеластичний стан характеризується рухливістю ланок або груп ланок у ланцюзі макромолекул при відсутності переміщення ланцюга в цілому, навіть при невеликих навантаженнях. Макромолекули здатні тільки згинатися.

Зі збільшенням температури полімер переходить в вязкотекучее, подібне рідкому, стан, але відрізняється від нього підвищеною в'язкістю. Енергія теплового руху макромолекул перевищує сили міжмолекулярної взаємодії, і макромолекули вільно переміщаються під дією навіть невеликих зусиль.

Полімери з просторовою структурою знаходяться тільки в склоподібного стані. Редкосетчатая структура дозволяє отримувати полімери в склоподібного і високоеластіческом станах.

Різні фізичні стану полімеру виявляються при зміні його деформації з температурою. Графічна залежність деформації, що розвивається за певний час при заданій напрузі, від температури називається термомеханічної кривої (Рис. 4). На кривих є три ділянки, що відповідають трьом фізичним станам. Середні температури перехідних областей називаються температурами переходу. Для лінійного некрісталлізірующегося полімеру (крива 1) область I - область пружних деформацій (ступінь деформації 2-5%), пов'язана зі зміною відстані між частинками речовини. При температурі нижче tхр полімер стає крихким. Руйнування відбувається в результаті розриву хімічних зв'язків в макромолекулі. В області II невеликі напруги викликають переміщення окремих сегментів макромолекул і їх орієнтацію в напрямку діючої сили. Після зняття навантаження молекули в результаті дії міжмолекулярних сил беруть первинну рівноважну форму. Високоеластіческое стан характеризується значними оборотними деформаціями (сотні відсотків). Близько точки tт крім пружною і високоеластичної деформації виникає і пластична.

Кристалічні полімери нижче температури плавлення - кристалізації tk - Є твердими, але мають різну жорсткість (див. Рис. 4, крива 2) внаслідок наявності аморфної частини, яка може перебувати в різних станах. при tk кристалічна частина плавиться і термомеханічна крива майже стрибкоподібно досягає ділянки кривої 1, відповідного високоеластичної деформації, як у некристаллического полімеру.

Мал. 4. Термомеханічні криві некристаллического лінійного (1), кристалічного (2) і редкосетчатого (3) полімерів (tc, tk, tт, tx - Температури склування, кристалізації, почала в'язкої течії і початку хімічного розкладання відповідно), I-III - ділянки стеклообразного, високоеластичного і вязкотекучего станів

Редкосетчатие полімери (типу гум) мають термомеханічну криву типу 3. Вузли сітки перешкоджають відносному переміщенню полімерних ланцюгів. У зв'язку з цим при підвищенні температури в'язкої течії не наступає, розширюється високоеластіческая область і її верхній кордоном стає температура хімічного розкладання полімеру tx.

Температурні переходи (tC і tT) є одними з основних характеристик полімерів.

Залежність напруги від деформації для лінійних і сітчастих полімерів різна. Лінійні полімери в склоподібного стані володіють деякою рухливістю сегментів, тому полімери не так крихкі, як неорганічні речовини.

При дії великих напруг в склоподібних полімерах розвиваються значні деформації, які за своєю природою близькі до високоеластичних. Ці деформації були названі А. П. Александровим вимушено-еластичними, а саме явище - вимушеної еластичністю. Вимушено-еластичні деформації проявляються в інтервалі температур tC-tХР, а при нагріванні вище tC вони оборотні (рис. 5, а). Максимум на кривій називається межею вимушеної еластичності. У полімерів з щільною сітчастою структурою під дією навантаження виникає пружна і високоеластіческая деформація, пластична деформація зазвичай відсутня. У порівнянні з лінійними полімерами пружні деформації складають відносно велику частину, Високоеластіческая деформацій набагато менше. Природа високоеластичної деформації, як і в лінійних полімерах, полягає в оборотному зміну просторової форми полімерної молекули, але максимальна деформація при розтягуванні зазвичай не перевищує 5-15%.

Мал. 5. Діаграми розтягування:

а - склоподібного полімеру; б - полімеру з щільною сітчастою структурою,

I - область пружних деформацій; II - область високоеластичної деформації

Для кристалічних полімерів залежність напруги від деформації виражається лінією з чіткими переходами (рис. 6). На першій стадії (ділянка I) подовження пропорційно діючій силі. Потім раптово на зразку виникає «шийка», після чого подовження зростає при постійному значенні сили до значної величини. На цій стадії шийка (ділянка II) подовжується за рахунок більш товстої частини зразка. Після того як весь зразок перетворився в шийку, процес переходить в третю стадію (ділянка III), що закінчується розривом. За структурою і властивостями матеріал шийки відрізняється від структури і властивостей вихідного зразка: елементи кристалічної структури орієнтовані в одному напрямку (відбувається рекристалізація). Залежність напруги від деформації при різних температурах і постійної швидкості розтягування для аморфного і кристалічного полімерів приведена на рис. 7. При t c криві напруга - деформація для кристалічного полімеру подібні кривим для склоподібного полімеру.

Орієнтаційні зміцнення.Полімери, як в кристалічному, так і в склоподібного стані можуть бути орієнтовані. Процес здійснюється при повільному розтягуванні полімерів, що знаходяться в високоеластіческом або в'язкотекучий стані. Макромолекули і елементи надмолекулярних структур орієнтуються в силовому полі, набувають впорядковану структуру в порівнянні з неорієнтованими. Після того як досягнута бажана ступінь орієнтації, температура знижується нижче tc і отримана структура фіксується.

Мал. 6. Залежність напруги від деформації для кристалічного лінійного полімеру

У процесі орієнтації зростає міжмолекулярної взаємодії, що призводить до підвищення tc, зниження tхр і особливо до підвищення міцності. Властивості матеріалу виходять анізотропним. Розрізняють одноосьовим орієнтацію, яка застосовується для отримання волокон, плівок, труб, і багатовісним, проведену одночасно в декількох напрямках (наприклад, в процесі отримання плівок).

Мал. 7. Вплив температури на характер кривих напруження - деформація:

а - аморфного термопласту (t123); б - кристалічного полімеру (t16)

Міцність при розриві в напрямку орієнтації збільшується в 2-5 разів, в перпендикулярному напрямку міцність зменшується і становить 30-50% міцності вихідного матеріалу. Модуль пружності в напрямку одноосной орієнтації збільшується приблизно в 2 рази. Висока міцність поєднується з достатньою пружністю, що характерно тільки для високополімеров.

Деякі властивості орієнтованих аморфних і кристалічних полімерів однакові, проте вони розрізняються фазовим станом, тому з плином часу у кристалічних полімерів поліпшується їх структура, а аморфні орієнтовані полімери найчастіше надалі дезорієнтується (особливо при нагріванні).

Релаксаційні властивості полімерів.Механічні властивості полімерів залежать від часу дії і швидкості прикладання навантажень. Це обумовлено особливостями будови макромолекул. Під дією прикладених напружень відбувається як розпрямлення і розкручування ланцюгів (змінюється їх просторова форма), так і переміщення макромолекул, пачок і інших надмолекулярних структур. Все це вимагає певного часу, і встановлення рівноваги (релаксація) досягається не відразу (від 10-4 з до декількох діб і місяців). Практичне значення мають випадки релаксації напруги при незмінному відносному подовженні і повзучість при постійному навантаженні в статичних умовах. Коли зразок миттєво доведений до якогось значення деформації ?, і вона підтримується постійною, то від перебудови структури спостерігається поступове падіння напруги в матеріалі, відбувається релаксація напруги.

Для лінійного полімеру в умовах дії зовнішнього напруги відбувається переміщення макромолекул відносно один одного. Напруга поступово знижується і в межі прагне до нуля (рис. 8, а, крива 1). У сітчастих полімерах процес релаксації не може порушити міжмолекулярні хімічні зв'язки, тому напруга прагне не до нуля, а до якогось рівноважного значення (??). величина ?? залежить від щільності хімічно зшитих ланцюгів сітки (рис. 8, а, крива 2).

Процес релаксації при постійній напрузі (повзучість) показаний на рис. 8, б. Деформація змінюється в часі. Як для лінійного, так і для сітчастого полімерів спочатку миттєво розвивається пружна деформація (ділянка О-А). Потім від точки А в обох зразках поступово розвивається рівноважна високоеластіческая деформація. Для лінійного полімеру сумарна деформація (? = ? упр+ ?.в. е.+ ? пл) Вища. Через час ?1 вона продовжує зростати (процес перебігу), а в сітчастому полімері встановлюється рівноважна високоеластіческая деформація ? = ? (пластична деформація відсутня).

Після зняття навантаження (час ?2) Пружна деформація (СD, С'D ', ОА) зникає миттєво, високоеластіческая - поступово релаксує в сітчастому полімері до нуля, а в лінійному залишається пластична деформація. Для всіх полімерів характерно підвищення межі міцності зі збільшенням швидкості навантаження (рис. 9). При цьому зменшується вплив непружних деформацій. Зі зменшенням швидкості навантаження вплив непружних деформацій зростає.

а б

Мал. 8. Релаксація напруги (а) і залежність деформації від часу (б) для розтягнутого лінійного (1) і сітчастого (2) полімерів

Для еластомерів графічна залежність напруги ? - деформація ? при навантаженні та розвантаженні зразка називається петлею гистерезиса (Рис. 10). При швидкому навантаженні (крива 1) значення деформації відстає від рівноважного (крива 3), а при розвантаженні ? вище рівноважного (крива 2). Рівноважна деформація відповідає завершеності релаксаційних процесів. На відрізку 0?1 виникає пластична деформація. Площа петлі гистерезиса - це різниця між роботою, витраченої на навантаження зразка, і роботою при знятті навантаження. Чим більше площа петлі гістерезису, тим більше енергії розсіюється, витрачається на нагрів і активацію хімічних процесів. При деформації полімерні матеріали, так само як і метали, мають статичним і динамічним опором. Залежність довговічності полімеру від напруги, температури і структури виражається формулою Журкова:

де ?0 - Постійна (для всіх матеріалів 10-12-10-13 с); U0 - постійна для даного полімеру (енергія хімічного зв'язку в ланцюзі); ? - постійна для даного полімеру (стан структури); ? - напруга; R - газова постійна; Т - абсолютна температура.

Отже, чим вище напруга або температура, тим менше довговічність.

Мал. 9. Вплив швидкості додатка навантаження W на характер кривих розтягування (W1> W2 > W3)

Температурно-тимчасова залежність міцності для полімерних матеріалів виражена сильніше, ніж для металів, і має велике значення при оцінці їх властивостей.

Старіння полімерів. Під старінням полімерних матеріалів розуміється мимовільне необоротне зміна найважливіших технічних характеристик, що відбувається в результаті складних хімічних і фізичних процесів, що розвиваються в матеріалі при експлуатації і зберіганні. Причинами старіння є світло, теплота, кисень, озон і інші немеханічні чинники. Старіння прискорюється при багаторазових деформаціях; менш істотно на старіння впливає волога.

Мал. 10. Петля механічного гістерезису еластомерів:

1 - навантажування; 2 - разгружение; 3 - рівноважна крива

Випробування на старіння проводиться як в природних умовах, так і штучними прискореними методами. Атмосферний старіння проводиться в різних кліматичних умовах протягом декількох років. Теплове старіння відбувається при температурі на 50 ° С нижче температури плавлення (розкладання) полімеру. Тривалість випробування визначається часом, необхідним для зниження основних показників на 50% від вихідних.

Сутність старіння полягає в складній ланцюгової реакції, що протікає з утворенням вільних радикалів (рідше іонів), яка супроводжується деструкцією і структуруванням полімеру. Зазвичай старіння є результатом окислення полімеру атмосферним киснем. Якщо переважає деструкція, то полімер розм'якшується, виділяються летючі речовини (наприклад, натуральний каучук). При структуруванні підвищуються твердість, крихкість, спостерігається втрата еластичності (бутадієновий каучук, полістирол). При високих температурах (200-500 ° С і вище) відбувається термічний розклад органічних полімерів, причому піроліз полімерів, супроводжуваний випаровуванням летких речовин, не є поверхневим явищем, а в усьому обсязі зразка утворюються молекули, здатні випаровуватися.

Стабільні до термодеструкції полімери, що володіють високою теплотою полімеризації (поліетилен, поліфеноли), полімери c полярними заступниками (фторполімери). Процеси старіння прискорюються під дією механічної напруги. Стійки до озону кремнійорганічні сполуки. У тропічній атмосфері стійкі поліетилен, політетрафторетилен, поліамідні волокна, нестійкі натуральні і синтетичні каучуки, віскоза, бавовняні волокна.

Для уповільнення процесів старіння в полімерні матеріали додаються стабілізатори (різні органічні речовини), антиоксиданти (аміни, феноли та ін.).

Тривалість експлуатації стабілізованих матеріалів значно зростає. Термін настання крихкості поліетилену, стабілізованого сажею, становить понад 5 років. Труби з полівінілхлориду можуть працювати 10-25 років.

Радіаційна стійкість полімерів.Під дією іонізуючого випромінювання здійснюватиме в полімерах відбуваються іонізація і збудження, які супроводжуються розривом хімічного зв'язку і утворенням вільних радикалів. Найбільш важливими є процеси зшивання або деструкції.

При зшиванні збільшується молекулярна маса, підвищуються теплостійкість і механічні властивості. При деструкції, навпаки, молекулярна маса знижується, підвищується розчинність, зменшується міцність. До структурує полімерів відносяться поліетилен, поліпропілен, полісілоксани, полістирол, фенолоформальдегідні і епоксидні смоли, полівініл-хлорид, поліаміди, полікарбонат. Найбільш стійкі до радіації полімери, які мають бензольне кільце у вигляді бічної групи (полістирол). структура З6Н5-групи має велике число енергетичних рівнів, внаслідок чого поглинена енергія швидко розсіюється по всій молекулі, не викликаючи хімічної реакції.

Деструктуріруются політетрафторетилен, політріфторхлор-етилен, нитроцеллюлоза, поліметилметакрилат. Для підвищення радіаційної стійкості в полімери вводять антірад (ароматичні аміни, феноли, що дають ефект розсіювання енергії).

Вакуумстойкость полімерів.Вакуум діє на полімерні матеріали по-різному. Погіршення їх властивостей пов'язано з виділенням з матеріалу різних добавок (пластифікаторів, стабілізаторів) і протіканням процесів деструкції. Наприклад, політетрафторетилен в вакуумі в основному деполімеризується. Для гум на основі вуглеводневих каучуків прискорюються накопичення залишкової деформації і релаксації напруги, що зменшує працездатність. Для орієнтованих полімерів (поліаміди, поліетилен, поліпропілен) довговічність в вакуумі і на повітрі однакові.

Оцінка вакуумстойкості дається по газопроникності, по газовиділення і часу збереження конструкційної вакуум-щільності.

газопроникність - технічна характеристика, яка визначає потік газу або пари через ущільнювач (мембрани, діафрагми, герметичні прокладки). На газопроникність впливають склад, структура полімеру, а також природа газу і температура. Газопроникність менше у полярних лінійних полімерів, а при наявності гнучких макромолекул (каучуки) вона зростає. При введенні пластифікаторів газопроникність зростає, а мінеральні наповнювачі її знижують. На газопроникність впливає вид газу: для азоту вона менше, ніж для кисню і особливо водню.

Абляція.Абляція полімерних матеріалів - це руйнування матеріалу, що супроводжується винесенням його маси при впливі гарячого газового потоку. В процесі абляції відбувається сумарне вплив механічних сил, теплоти і агресивних середовищ потоку. Поряд з хімічними перетвореннями при деструкції полімерів важливу роль відіграють процеси тепло- і масообміну. Абляціонная стійкість визначається стійкістю матеріалу до механічної, термічної і термоокислительной деструкції. На абляціонная стійкість впливає також структура полімеру. Матеріали на основі полімерів лінійної будови мають низьку стійкість (відбувається деполимеризация і деструкція). Температура абляції не перевищує 900 ° С. Матеріали на основі термостійких полімерів сходового або сітчастого будови (фенолоформальдегідні, кремнійорганічні і ін.) Мають більш високу стійкість до абляції. У них протікають процеси структурування і зневуглецювання (карбонізації). Температура абляції може досягати 3000 ° С. Для збільшення абляціонная стійкості вводять армирующие наповнювачі. Так, скляні волокна плавляться, при цьому витрачається багато теплоти. Теплопровідність пластиків в сотні разів менше, ніж теплопровідність металів, тому при короткочасній дії високої температури внутрішні шари матеріалу нагріваються до 200-350 ° С і зберігають механічну міцність.

Адгезія. Адгезію називається злипання різнорідних тіл, наведених в контакт. Адгезія зумовлена ??міжмолекулярним взаємодією. На здатності полімерів до адгезії грунтується їх використання в якості плівкоутворюючих матеріалів (клеї, герметики, покриття), а також при отриманні наповнених і армованих полімерних матеріалів. Для створення адгезійного з'єднання один з матеріалів повинен бути пластичним, текучим (адгезив), а інший може бути твердим (субстрат).

Іноді при з'єднанні однакових матеріалів виникає самосліпаемость (Аутогезія). Кількісно адгезія оцінюється питомою силою руйнування з'єднання, яка називається адгезійною міцністю.

Для пояснення фізико-хімічної сутності адгезійних явищ запропоновані наступні теорії: адсорбційна, електрична та дифузійна. Адсорбційна теорія розглядає адгезію як чисто поверхневий процес, аналогічний адсорбції; плівка утримується на поверхні матеріалу в результаті, дії міжмолекулярних сил.

В основі електричної теорії (роботи Б. В. Дерягина і Н. А. Кротова) лежать електричні сили. Адгезія - результат дії електростатичних і ван дер Ваальсових сил. Електростатичні сили визначаються подвійним електричним шаром, завжди виникають при контакті різнорідних тел.

Дифузійна теорія, що розвивається С. С. Воюцкая, передбачає, що при утворенні зв'язку між неполярними полімерами електричний механізм адгезії неможливий і адгезія обумовлюється переплетенням макромолекул поверхневих шарів в результаті їх взаімодіффузіі. Для отримання високої адгезійної міцності необхідно, щоб адгезив був полярним з гнучкими макромолекулами. На міцність з'єднання впливають температура, тиск, час. Велике значення має змочування поверхні субстрату адгезивом

.

8. поняття, склад, класифікація пластмас




 Алюміній і його сплави 1 сторінка |  Алюміній і його сплави 2 сторінка |  Алюміній і його сплави 3 сторінка |  Алюміній і його сплави 4 сторінка |  Алюміній і його сплави 5 сторінка |  Алюміній і його сплави 6 сторінка |  Алюміній і його сплави 7 сторінка |  Алюміній і його сплави 8 сторінка |  Алюміній і його сплави 9 сторінка |  Алюміній і його сплави 10 сторінка |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати