6.3. Общие свойства полимеров.

Свойства полимеров существенно зависят от ряда важнейших характеристик: химического состава, молекулярной массы и молекулярно-массового распределения, степени разветвлённости и гибкости макромолекул, стерео - регулярности и ряда других характеристик, которые будут рассмотрены для конкретных полимеров.

Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и плёнки; способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям; способность в высокоэластическом состоянии набухать перед растворением; высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трёхмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластическим деформациям.

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации состоит в существовании регулярности на достаточно длинных участках макромолекулы.

Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трёх физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. Полимеры с температурой перехода из стеклообразного в высокоэластическое состояние ниже температуры стандартных условий 25^оС называются эластомерами, с более высокой температурой перехода - пластиками.

Некоторые свойства полимеров, например растворимость, способность к вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый, достаточно образовать на одну макромолекулу 1—2 поперечные связи.

6.3.1. Физические свойства.

Физические свойства полимера, напротив, зависят не только от характера мономера, но в большей степени от среднего количества мономерных звеньев в цепи и от того, как цепи расположены в конечной макромолекуле. Все синтетические и используемые в промышленности природные полимеры содержат цепи с различной степенью полимеризации, т.е. с различным числом мономерных единиц в макромолекуле полимера. Обычно пользуются средним значением степенью полимеризации, поскольку цепи не одинаковы по длине. Степень полимеризации оказывает заметное влияние на механические свойства полимера. Длинные цепи налагаются друг на друга более эффективно и порождают большие силы сцепления. Можно сказать, что заметная механическая прочность наблюдается уже при степени полимеризации 50 - 100, достигая максимума при значении полимеризации выше 1000.

6.3.2. Механические свойства.

Одна из основных особенностей полимеров состоит в том, что отдельные отрезки цепей (сегменты) могут перемещаться путем поворота вокруг связи и изменения угла. Такое смещение, в отличие от растяжения связей при упругой деформации истинно твердых тел, не требует большой энергии и происходит при невысокой температуре. Эти виды внутреннего движения - смена конформаций, несвойственные другим твердым телам, придают полимерам сходство с жидкостями. В то же время большая длина искривленных и спиралеобразных молекул, их ветвление и взаимная сшивка затрудняют смещение, вследствие чего полимер приобретает свойства твердого тела. Для некоторых полимеров в виде концентрированных растворов и расплавов характерно образование под действием поля (гравитационного, электростатического, магнитного) кристаллической структуры с параллельной упорядоченностью макромолекул в пределах небольшого объема-домена. Полимеры, проявляющие данные свойства, называют жидкими кристаллами. Вещества широко применяют при изготовлении световых индикаторов.

Модуль упругости мягких полимеров составляет E=(1 – 5)*10³ МПа, полужестких E=(5 – 10). 10³ МПа. Наиболее эластичные полимеры-эластомеры (каучуки) имеют модуль упругости E=10*10³МПа. Даже высокомодульные полимеры уступают по жесткости металлам в десятки и сотни раз. Этот недостаток удается в значительной мере преодолеть введением в полимер волокнистых и листовых наполнителей.