ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ

Учебно-методическое пособие

для самостоятельной работы студентов ТФ и ИДЗО

специальностей 280800, 280900, 281100, 281200, 280300, 072000

ШАХТЫ 2005

УДК 678 (075.8)

ББК 24я73

Ф503

Составитель:

доцент кафедры «Химия» ЮРГУЭС

А.А. Тартанов

Рецензент:

к.т.н., доцент кафедры «Химическая технология высокомолекулярных

соединений» Южно-Российского государственного технического

университета (НПИ)

И.Ю. Жукова

Ф 503 Тартанов А.А. Физико-химические методы оценки свойств полимеров: Учебно-методическое пособие / А.А. Тартанов. – Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2005. – 51 с.

Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов специальностей 281100 «Технология изделий из кожи», 281200 «Конструирование изделий из кожи», 280800 «Технология швейных изделий», 280900 «Конструирование швейных изделий», 072000 «Стандартизация и сертификация», 280300 «Технология текстильных изделий». Составлено с целью оказания методической помощи студентам при подготовке к выполнению контрольных и лабораторных работ, сдаче зачета по теоретической части дисциплины.

УДК 678 (075.8)

ББК 24я73

© Южно-Российский государственный

университет экономики и сервиса, 2005

© A.A. Тартанов, 2005

Содержание

Введение 4

1 Программа дисциплины 5

2 Варианты контрольных работ 7

3 Методические указания к изучению отдельных тем дисциплины 15

4 Требования по подготовке к лабораторному практикуму 49

Библиографический список 50

Введение

Данное учебно-методическое пособие составлено с целью оказания методической помощи студентам специальностей 280800, 280900, 281100, 281200, 280300, 072000 очной и заочной форм обучения при подготовке к выполнению контрольных и лабораторных работ, сдаче зачета по теоретической части дисциплины.

Основу большинства материалов, используемых в легкой промышленности (волокна, ткани, натуральная и искусственная кожа, детали обуви и кожгалантереи и др.) составляют натуральные, искусственные и синтетические полимеры. Перед специалистами в области технологии и конструирования изделий легкой промышленности стоит задача выбора из большого многообразия выпускаемых химической промышленностью синтетических материалов, таких полимеров, которые обладали бы оптимальным комплексом свойств в заданных условиях эксплуатации.

Для того чтобы такой выбор оказался правильным и был научно обоснован, необходимо знать особенности поведения полимеров при действии различных механических нагрузок в широком интервале температуры, при воздействии различных агрессивных сред и растворителей, иметь четкое представление о зависимости этого поведения от молекулярной массы и молекулярно-массового распределения полимеров, особенностей их молекулярного строения и характера надмолекулярной структуры, а также их изменения под действием различных термических, механических, электрических, химических и других воздействий.

Для получения информации о свойствах полимеров и материалов на их основе используют различные химические, физико-химические, физические и механические методы оценки свойств.

Основой успешного изучения дисциплины «Физико-химические методы оценки свойств полимеров» является обязательное посещение и конспектирование лекций, выполнение контрольных работ и лабораторного практикума. Важной составляющей учебного процесса для студента является самостоятельная работа с учебной литературой и методическими разработками университета, выполнение домашней контрольной работы.

К сдаче зачета по теоретическому курсу дисциплины допускаются студенты, успешно выполнившие и защитившие контрольную работу, а также лабораторный практикум.

1 Программа дисциплины

Тема 1. Введение в дисциплину. Основные сведения

о полимерах

Значение физико-химических методов оценки свойств полимеров и материалов на их основе для разработки новых технологий в легкой промышленности и сервисе.

Высокомолекулярные соединения, полимеры, сополимеры, олигомеры. Мономер, структурное звено, степень полимеризации. Средняя молекулярная масса. Молекулярно-массовое распределение. Классификация полимеров (по происхождению, по химическому составу основной цепи, по структурной форме макромолекул, по отношению к нагреванию, по типу реакции получения). Виды сополимеров. Основные особенности физико-механических свойств высокомолекулярных соединений и их отличия от низкомолекулярных веществ. Особенности строения и неоднородности в полимерах. Методы получения высокомолекулярных соединений. Полимеризация. Основные классы мономеров, используемых в реакциях полимеризации. Основные закономерности процессов радикальной и ионной полимеризации. Ступенчатая полимеризация. Сополимеризация. Технические способы проведения полимеризации. Поликонденсация. Типы и механизм поликонденсации. Основные классы мономеров, участвующих в реакциях поликонденсации. Основные закономерности равновесной и неравновесной поликонденсации. Технические способы проведения поликонденсации.

Химические реакции макромолекул. Полимераналогичные превращения, внутримолекулярные и межмолекулярные реакции. Реакции сшивания макромолекул. Деструкция полимеров, старение и стабилизация.

Гибкость макромолекулы и факторы, её определяющие. Агрегатные и фазовые состояния полимеров. Типы надмолекулярной организации полимеров в аморфном и кристаллическом состоянии. Физические состояния полимеров.

ТЕМА 2. Идентификация и анализ полимеров

Методы идентификации и анализа полимеров. Предварительные испытания полимеров. Элементарный анализ полимеров. Методы химических испытаний, определение химического строения основной цепи макромолекулы, методы определения формы цепи.

ТЕМА 3. Методы определения молекулярной массы

и полидисперсности полимеров

Основные понятия и определения. Методы определения молекулярной массы и полидисперсности полимеров: криоскопический, эбулиоскопический, скоростной седиментации, светорассеяния, гель-проникающей хроматографии, вискозиметрический. Влияние величин молекулярной массы и молекулярно-массового распределения на свойства полимерных материалов

ТЕМА 4. Физические методы исследования структуры и состава полимеров

Световая (оптическая) микроскопия. Электронная микроскопия. Инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия. Рентгенографический метод. Дифференциально-термический анализ (ДТА). Значение физических методов исследования полимеров для прогнозирования их свойств.

ТЕМА 5. Методы определения деформационных характеристик полимеров

Определение зависимости деформация – напряжение для различных типов аморфных и кристаллических полимеров, модуля упругости и предела вынужденной эластичности. Значение деформационных свойств полимеров в создании конструкций одежды и обуви.

ТЕМА 6. Методы определения прочностных характеристик

полимеров при различных видах напряженного

состояния

Методы определения кратковременной прочности при растяжении, сжатии, при статическом и ударном изгибе (ударная вязкость). Твердость, прочностные свойства полимеров в условиях концентрации напряжения: прочность на раздир, раскалывание, испытание образцов с надрезом. Упруго-гистерезисные свойства эластомеров: эластичность по отскоку; динамический модуль. Долговечность и длительная прочность полимерных материалов, методы их определения. Сопротивление старению. Методы прогнозирования долговечности полимерных материалов и их значение для создания изделий легкой промышленности. Износостойкость, фрикционные свойства полимеров. Влияние прочностных свойств полимеров на эксплуатационные характеристики материалов легкой промышленности.

ТЕМА 7. Релаксационные свойства полимеров

Методы определения времени релаксации и запаздывания, механических потерь, областей релаксационных переходов, ползучести и упругого восстановления полимеров. Необходимость знания релаксационных свойств материалов для создания долговечной обуви и одежды.

ТЕМА 8. Методы определения теплофизических характеристик полимеров

Методы определения теплостойкости полимеров по Мартенсу и по способу Вика. Горючесть полимеров. Температура хрупкости (морозоустойчивость) пластиков и эластомеров. Термомеханический анализ полимеров. Определение температуры текучести и стеклования полимеров. Значение теплофизических характеристик полимеров для правильного выбора материалов в конструкции одежды и обуви.

ТЕМА 9. Методы электрических испытаний полимеров

Методы определения тангенса угла диэлектрических потерь, диэлектрической проницаемости, электрической прочности, удельного поверхностного и удельного объемного электрического сопротивления при постоянном напряжении. Значение электрических характеристик полимеров для прогнозирования свойств материалов на их основе.

ТЕМА 10. Методы определения технологических характеристик полимеров.

Методы определения плотности и объемных характеристик полимеров, показателя текучести расплава термопластов, влажности и содержания летучих веществ, водопоглощения, усадки, скорости отверждения реактопластов и вулканизации резиновых смесей. Значение технологических характеристик полимеров для создания оптимального технологического процесса производства одежды, обуви и кожгалантерейных изделий.