МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»
(СПбГТИ(ТУ))
Кафедра «Оборудование и робототехника переработки пластмасс»
Т.М. Лебедева, В.П. Бритов, О.О. Николаев
СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Тексты лекций
Санкт-Петербург
2015г.
УДК 678.3 (07543.8)
Лебедева Т.М. Структурные особенности и свойства полимерных материалов: тексты лекций: учебное пособие/ Т.М. Лебедева, В.П. Бритов, О.О. Николаев – СПб.: СПбГТИ(ТУ). 2015. – 120 с.
Рассматриваются организация учебного процесса и его особенности при подготовке дипломированных специалистов. Приводятся методические рекомендации по организации учебы студентов, работы на лекциях, ведению конспекта, подготовке к зачетам и экзаменам, наиболее рациональному построению учебной работы и ее информационному обеспечению. Изложены требования к бакалавру по направлению 15.03.02, профили подготовки «Оборудование и робототехника для переработки полимерных композиционных материалов», «Компьютерное моделирование технологического оборудования и деталей для полимерного машиностроения», а также по направлению 18.03.02 профиль «Машины и аппараты химических производств». Показаны роль и значение данных профилей в промышленном секторе России, представлена информация о полимерном сырье, об основных процессах и оборудовании в производстве изделий из пластмасс.
Пособие предназначено для студентов СПбГТИ (ТУ) очной и заочной формы обучения.
Ил. 71. Библиогр.: 14 назв.
Рецензенты:
1. ООО «ВейнерПласт», заместитель директора по производству Е.В. Квартальнова
2. Н.А. Незамаев, канд. техн. наук, доцент кафедры «Машины и аппараты химических производств» СПбГТИ (ТУ)
Утверждено на заседании учебно - методической комиссии механического факультета СПбГТИ (ТУ) « 16 » сентября 2014г.
Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ (ТУ)
1 Основные понятия и терминология
В соответствии с предложениями Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК) термины: «полимер», «олигомер», «составное звено» формулируются следующим образом.
Полимер — высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из большого числа одного или более типов атомов или групп атомов (составных звеньев), соединенных между собой химическими связями в длинные линейные (или имеющие ответвления) цепи.
Олигомер — вещество, состоящее из молекул, содержащих некоторое количество одного или более типов атомов или групп атомов (повторяющихся составных звеньев), соединенных друг с другом. Физические свойства олигомера изменяются при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев его молекулы.
Составное звено — атомы или группа атомов, входящих в состав цепи молекулы олигомера или полимера.
Эти общие термины охватывают все многообразие существующих полимеров, различающихся по структурному составу и молекулярной массе. Ниже приведены значения молекулярной массы некоторых природных и синтетических полимеров:
Полимер Средняя молекулярная масса
Дезоксирибонуклеиновая кислота..........................3 ∙ 106 — 70 ∙ 1012
Крахмал......................................................................2 — 2 ∙ 108
Натуральный каучук (полиизопрен).......................70 ∙ 104 — 2,5 ∙ 106
Синтетический полиизопрен...................................3 — 3 ∙ 105
Полиэтилен................................................................1 ∙ 105 — 3 ∙ 106
2 Структура и классификация полимеров
Основную массу полимеров составляют органические полимеры, однако известно большое число неорганических и элементоорганических полимеров.
По назначению полимерные материалы подразделяют на материалы общего назначения, конструкционные и суперконструкционные пластмассы.
Молекула полимера состоит из молекул его низкомолекулярных аналогов, соединенных друг с другом n раз химическими связями, где n так называемая степень полимеризации — может принимать очень большие значения (десятки и сотни тысяч).
Соединение большого числа малых молекул в результате химической реакции в длинную цепную молекулу полимера приводит к возникновению у последнего целого комплекса новых физико — механических свойств — упругости, эластичности, способности к пленко — и волокноообразованию.
Наличие длинных цепных молекул, имеющих химические, т.е. прочные связи вдоль цепи и физические, т.е. слабые связи между цепями является наиболее характерным признаком полимеров. Большая молекула полимера обладает определенной гибкостью.
Цепная молекула полимера называется макромолекулой (рис. 1). Составляющие ее низкомолекулярные повторяющиеся структурные единицы, или звенья, образованные низкомолекулярными веществами, способными к многократному соединению друг с другом в результате химической реакции синтеза. Эти вещества называют мономерами, а их соединение в макромолекулу полимера происходит в результате химических реакций, протекающих по законам цепных или ступенчатых процессов.
Рисунок 1 - Строение макромолекулы полиэтилена
Очевидно, что степень полимеризации, т.е. число мономерных звеньев в одной макромолекуле определяет молекулярную массу полимера, которая составляет десятки, сотни тысяч, а иногда и миллионы углеродных единиц и равна молекулярной массе исходного мономера, умноженной на степень полимеризации:
nM → Mn
мономер полимер
Совершенно ясно, что в процессе синтеза полимера, когда степень полимеризации п велика, практически невозможно получить совершенно одинаковые по размеру макромолекулы.
Молекулярная масса полимеров является величиной усредненной по отношению к молекулярным массам отдельных макромолекул. В этом одно из принципиальных отличий полимера от низкомолекулярного вещества, так как последнее характеризуется совершенно определенным значением молекулярной массы. Это относится и к природным, и к синтетическим полимерам.
Тем не менее средняя молекулярная масса полимера является его характеристикой, поскольку одинаковые по химической природе полимеры различной средней молекулярной массы очень существенно различаются по физическим и механическим свойствам.