52. Полимерные материалы. Виды полимеров. Структура, свойства и области применения полимеров.

Полимеры – это высокомолекулярные соединения (ВМС), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого количества повторяющихся звеньев, соединенных химическими связями. Существует несколько классификаций полимеров по признакам: происхождения, химического состава, структуры и формы макромолекул, температурного изменения структуры, надмолекулярной структуры и т.д.

По происхождению полимеры разделяют на природные, синтетические и искусственные. Типичными представителями природных, или биополимеров являются целлюлоза, крахмал, натуральный каучук, белковые вещества. Из биополимеров построены клетки всех живых организмов.

Синтетические полимеры получают путем реакций полимеризации или поликонденсации в процессах химического синтеза – направленного создания сложных веществ (полимеров) из более простых (мономеров), основанного на знании молекулярного строения и реакционной способности последних. Номенклатура синтетических полимеров постоянно расширяется.

Искусственные полимеры получают путем обработки (модифицирования) природных полимеров (например, искусственный полимер - нитроцеллюлозу получают нитрованием целлюлозы).

По структуре макромолекул, в которые выстраиваются мономерные звенья, различают полимеры линейного, разветвленного и сетчатого (пространственного) строения. Макромолекулы линейных полимеров состоят из длинных неразветвленных молекулярных цепей, в которых содержатся одинаковые или разные атомные группировки. В макромолекулах разветвленных полимеров выделяют главную (основную) молекулярную цепь и боковые цепи. Макромолекулы сетчатых полимеров соединены друг с другом химическими связями, образуя пространственную структуру. В этом случае понятие «молекулы» теряет смысл, поскольку весь образец сшитого полимера представляет собой одну гигантскую макромолекулу.

К органическим полимерам относят соединения, молекулы которых содержат атомы углерода, азота, кислорода, серы и галогенов, входящих в состав главной цепи и боковых групп. Далее для обозначения не углеродных атомов будет использован термин «гетероатомы». В элементоорганических полимерах главная молекулярная цепь состоит из атомов углерода и других неорганических элементов гетероатомов (за исключением азота, кислорода и серы), а боковые группы включают атомы углерода и гетероатомы (за исключением азота, серы, кислорода и галогенов), непосредственно соединенные с атомами цепи.

Органические полимеры подразделяют на карбоцепные и гетероцепные. Главная цепь карбоцепных полимеров состоит только из атомов углерода.

Неорганические полимеры – это соединения, которые не содержат атомов углерода в составе макромолекул.

Неорганические полимеры подразделяют на две группы. В первой из них макромолекулы состоят из гомоатомных (т.е. образованных одинаковыми атомами) цепей. Во второй макромолекулы имеют гетероатомную структуру, т.е. представляют собой комбинацию разных атомов.

Полимерным материалам свойственны только два а г р е г а т н ы х с о с т о я н и я: твердое и жидкое. Перевод макромолекул в газообразное состояние без разрушения связей основной цепи невозможен. Формирование полимерных покрытий из газовой фазы – это процесс полимеризации или поликонденсации находящихся в газовой фазе мономеров.

Кроме того, полимерные материалы могут находится в четырех физических состояниях: кристаллическом, стеклообразном, высокоэластическом (все три – твердая фаза) и вязкотекучем (жидкая фаза).

Мех свойства полимеров качественно отличаются от аналогичных свойств традиционных конструкционных материалов. Важнейшей инженерной характеристикой полимеров является деформируемость. По деформируемости или податливости полимеров воздействию внешних механических нагрузок в широком интервале температур чаще всего оценивают комплекс технических и эксплуатационных характеристик полимерных материалов.

Электрические св-ва полимеров определяют области их применения в качестве диэлектриков, полупроводников или электропроводящих материалов. К основным электрическим свойствам полимеров относятся следующие: электропроводность, электрическая прочность, диэлектрические потери и поляризация.