Общие сведения о полимерах и пластических массах.

Пластмассы различных видов используют как конструкционные материалы в промышленности, строительстве и др. отраслях народного хозяйства.

Пластмассами называют материалы основным компонентом которых является синтетический или природный полимер, а другими компонентами служат вспомога­тельные вещества (красители, смазки, стабилизаторы), а также наполнители и пла­стификаторы. Пластмассы способны при определенных условиях формоваться и со­хранять преданную им форму.

Для пластмасс характерны малая плотность, высокая устойчивость против коррозии, в большинстве случаев низкий коэффициент трения, высокие электроизо­ляционные, теплоизоляционные и демпфирующие свойства, декоративность. Их не­достатки - низкие теплостойкость и теплопроводность, гигроскопичность склонность к старению и снижению прочностных свойств под воздействием темпе­ратуры, времени и различных сред. Основу пластмасс составляют полимеры, от типа и количества которых зависят физические, механические и технологические свойства, пластмасс.

Полимеры - высокомолекулярные соеди­нения,

 состоящие из огромного количества мо­лекул

 веществ (звеньев), называемых мономерами.

 Обладая способностью при определенных

условиях последовательно соединяться друг

с другом. Поли­меры образуют длинные цепи

с линейной, разветвленной и сетчатой, простран-

ственной структурами связи (рис. 10.1.)

Молекула полимера – это длинная цепь, состоящая из отдельных звеньев (рис. 10.2.) однотипных по химическому составу и строению (гомополимер) или разнотипных (сополимер). Полимер, у которого - макромолекулы состоят из разнородных относительно крупных звеньев (осколков макромолекул), наз івают

 

блок-сополимерами. Если к макромолекулам

прививаются «боковые» отростки макромоле-

кул другого вещества, то получаются привитые

сополимеры, привитые сополимеры можно полу-

чать материалы с новыми, заранее заданными

свойствами.

Так, например, формула обычного полимера - полиэтилена [-CH₂-CH₂]n, где n в формуле обозначает число элементарных звеньев (мономеров). Это число (индекс) характеризует степень полимеризации, т.е. степень химического сложения мономеров в полимер за счет раскрытия двойных связей. Оно определяется отношением молеку­лярной массы полимера М к молекулярной массе мономера m, т.е.

      (10-1)

При n=20¸100 получаются жидкие полимеры (смазочные масла), при n=2000¸З000 – эластичные материалы и при n>3000 - жесткие (твердые) материалы.

Полимеры могут находиться в аморфном и кристаллическом состояниях. При переходе полимера из аморфного в кристаллическое состояние существенно меняют­ся его физико-механические свойства, повышается прочность и теплостойкость. Под действием теплоты аморфные полимеры переходят из твердого, (стеклообразного) состояния в высокоэластичное и вязкотекучее состояние (рис.10.3.). Из термомехани­ческой кривой аморфного полимера видно, что в температурной зоне I

вещество находится в стеклообразном состоянии,

деформация e масла увеличивается с изменением

температуры. Выше температуры стеклования

t_c полимер становятся высокоэластичным (зона II),

 а выше температуры текучести t_т – вязкотекучим

 (зона III). Теплостойкость полимерного материала характеризуется температурой стеклования t_c. Знание температур стеклования и текучести позволяет обоснованно назначать температурные интервалы формования изделий из полимеров.

Для кристаллических полимеров термомеханические кривые имеют иной вид, чем для аморфных полимеров. Некоторые полимеры с увеличением температуры разлагаются, не переходя в вязкотекучее состояние.

Линейные и разветвленные полимеры служат основой термопластичных пла­стмасс (термопластов). Макромолекулы линейных полимеров представляют собой цепи, имеющие длину в сотни и тысячи раз превышающую размеры поперечного се­чения. При разветвленной структуре полимера макромолекулы имеют боковые от­ветвления, длина и число которых могут быть различными.

Полимеры способны образовывать пространственные структуры, служат основой термореактивных пластмасс (реактопластов). Пространственные структуры получаются из отдельных линейных цепей полимеров в результате возникновения поперечных связей. При этом полимер становится полностью неплавким и нераство­римым.

     Полимеры с течением времени могут значительно изменять свои свойства и стареть. При этом снижается механическая прочность, уменьшается пластичность, повышается хрупкость. Старение полимеров происходит в результате физико-химических процессов, в основном деструкции - разрыва химических связей в основ­ной цепи макромолекул. Деструкцию полимеров вызывает нагрев, воздействие окислительных реагентов, облучение и т.д. Механическая деструкция происходит при ис­тирании и разрыве полимерных материалов. Термическая деструкция зависит от структуры Полимера и приводит к его распаду под воздействием температуры на исходные мономеры. Химическая деструкция возникает под влиянием кислорода воз­духа и может ускоряться под действием света. Для замедления процесса старения в пластмассы добавляют различные стабилизаторы - органические вещества, которые уменьшают действие того или иного фактора. Например, амины предохраняют, полимеры от окисления; сажа, поглощая свет, служит светостабилизатором и т.д.

Все полимеры разделяются на полимеризационные и поликонденсационные.

Реакция полимеризации, образование полимеров при взаимодействии нескольких мономеров без изменения первоначального состава (например, образование полиэтилена, полистирола и др.)

Реакция поликонденсации, образование полимеров при взаимодействии нескольких мономеров, сопровождаемая выделением побочных продуктов (воды, угле­кислоты, аммиака и др.) в результате состав полимера не соответствует составу пер­воначальных веществ. Реакция протекает с участием кислот или оснований, играю­щих роль катализаторов. Природа катализатора оказывает влияние на характер про­дуктов поликонденсации. Так, при взаимодействии мономеров в кислой среде обра­зуется полимер, называемый новолачной смолой и имеет линейную или разветвлен­ную структуру. При взаимодействии тех же мономеров в основной среде образуются резольные смолы, имеющие трехмерное сетчатое строение.

Синтетические полимеры получают при переработке каменного угля, природ­ного и промышленного газа, нефти и др. видов сырья.

К природным полимерам или смолам относят шеллак, природные и нефтяные асфальты, каучук, целлюлозу, канифоль, природные битумы.

 

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: