9.2.2. Свойства полимеров

Физико-механические свойства полимеров определяются структурой и физическим состоянием, которое в зависимости от температуры мо­жет быть стеклообразным, высокоэластическим, вязкотекучим (гель). Стеклообразные полимеры представляют собой твердые аморфные ве­щества, атомы в которых находятся в равновесии и макромолекулы не перемещаются. Перемещение макромолекул полимера не наблю­дается и в высокоэластическом состоянии, однако за счет подвижно­сти отдельных звеньев молекулы приобретают способность изгибать­ся, что приводит при небольших нагрузках к значительным упругим и высокоэластичным деформациям. В вязкотекучем (гелеобразном) со­стоянии все макромолекулы подвижны и полимеры отличаются от жидкостей лишь большей вязкостью.

Полимеры с линейной, разветвленной и редкосетчатой структурой (термопласты) могут находиться в стеклообразном и высокоэластиче­ском состояниях, а с пространственной структурой (термоактивные) только в стеклообразном.

На рис. 9.2 представлены термомеханические кривые, которые гра­фически отражают связь между деформацией, возникающей в поли­мере при заданном напряжении, и температурой его нагрева. Кривые характеризуют изменения механических и технологических свойств полимеров при различных температурах.

Рис. 9.2. Термомеханические кривые аморфного (I), кристаллического (2)

и редкосетчатого (J) полимеров. Участки разложения:

I - стеклообразного; II - высокоэластического; III - вязкотекучего; IV -

химического

Полимеры или пластмассы на их основе используются в твердом состоянии при температурах ниже tc (температуры стеклования). При температуре ниже /хр (температуры охрупчивания) полимер пере­ходит в хрупкое состояние. Формообразование изделий из полимеров или пластмасс проводят в температурной области вязкотекучего со­стояния. Кристаллические полимеры с аморфной составляющей до температуры плавления (кристаллизации) tK находятся в твердом со­стоянии, при /к кристаллическая составляющая полимера плавится и переходит в высокоэластичное состояние аналогично некристалли­ческим полимерам. Выше температуры /т (температуры начала вязко­го течения) аморфные и кристаллические полимеры находятся в вяз-котекучем (гелеобразном) состоянии.

У редкосетчатых полимеров (типа резины) при повышении темпе­ратуры вязкое течение не наблюдается. Верхней границей их высоко-

пластического состояния является температура /х (температура начала химического разложения). Полимеры при определенных температурах могут воспринимать значительные деформации. На рис. 9.3 пред­ставлены кривые напряжение - деформация для полимера в кристал­лическом и стеклообразном состоянии. Зависимость а(е) для кристал­лического полимера имеет вид ломаной кривой, на которой можно выделить три характерных участка. На участке I удлинение (деформа­ция) прямо пропорционально напряжению. При достижении опреде­ленного усилия на образце образуется шейка, и деформация возраста­ет при постоянном напряжении (участок II). При этом наблюдается рост шейки по длине образца. После распространения шейки на всю длину образца процесс деформации завершается разрушением (уча­сток III). Зависимость напряжение - деформация для стеклообраз­ных полимеров имеет вид плавной кривой. Напряжение, которое вы­зывает высокоэластическую деформацию у стеклообразных полиме­ров, называют пределом вынужденной эластичности (авын эЛ).

Рис. 9.3. Зависимость деформации s от напряжения а для кристаллического

(7) и стеклообразного (2) полимеров. Участки:

I - упругих деформаций; II - высокоэластической деформации; III - разру-

тления образца

Величина деформации полимеров зависит от температуры и ско­рости приложения нагрузки. Для аморфных полимеров характерно снижение прочности с увеличением температуры (при постоянной скорости деформации) и сростом скорости приложения нагрузки (при постоянной температуре) (рис. 9.4). Стеклообразные и кристал­лические полимеры могут подвергаться ориентационному упрочнению, которое заключается в ориентации структуры полимера, Находяще­гося в высокоэластичном или вязкотекучем состоянии, при статическом растяжении и фиксации полученной структуры при температу­рах ниже tQ. Полимеры с направленной структурой получают также направленной полимеризацей.

Важной характеристикой полимеров является долговечность, под которой понимают период времени от момента приложения нагрузки до разрушения материала.