11.1 Структура и основные свойства полимеров

Полимерами называются вещества, макромолекулы которых состоят из большого количества звеньев одинаковой структуры (мономеры).

-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-

(-СН₂-СН₂-)_n – полиэтилен

Молекулярная масса состоит от 5тыс. до 1млн. а.е.м.

Полимеры классифицируют:

1. по происхождению:

- естественные (слюда, асбест);

- синтетические.

2. по составу:

- неорганические;

- органические (смолы, каучук);

- элементы органические.

В последнем случае в основные органические цепи вводятся другие атомы (кремний органические смолы). Каждые из элементов придают определенные свойства: Cl, F – теплопроводность и химическую стойкость.

3. по строению макромолекул:

-линейные

- лестница

- сетчатые (плоские и пространственные).

По мере перехода от пространственных к сетчатым увеличивается жесткость полимера их теплостойкость и

4. по отношению к нагреванию:

- термопличные (а);

- термореактивные (б);

(а) – при последующих нагревах и охлаждениях обратимо размягчаются и твердеют;

(б) – при охлаждении твердеют необратимо.

5. по структуре:

- кристаллические;

- аморфные.

В кристаллических полимерах макромолекулы располагаются, закономерно образуя так называемые надмолекулярные структуры. Кристаллические полимеры характеризуются повышенной теплостойкостью.

Во многих случаях структура полимера 2-х фазная, содержит как кристаллическую, так и аморфную составляющую.

Полимеры получают:

• полимеризацией – осуществляется в условиях повышенного давления, продуктом реакции является только полимер;

• поликонденсацией – отличается тем, что в результате реакции кроме полимера появляются побочные продукты;

• методом химического модифицирования – состоит в том, что в основную цепь полимера вводят дополнительные атомы (Cl или F).

Для полимеров не существует обычных агрегатных состояний. Они могут находиться других трех состояниях: стеклообразном, высокопластичном и высокотекучем.

Для полимеров характерно проявление зависимости от времени.

Недостатком полимеров является склонность к старению, которое происходит в результате физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

11.2 Пластические массы

В их состояние может входить несколько веществ: связующее (обычно полимеры), наполнитель, смазочные вещества, красители.

Многие пластмассы состоят из связующего.

Термопласты

Полиэтилен

Свойства:

• разрушающее напряжение – 10-30 Н/мм²;

• относительное удлинение – 200-800 %;

• эксплуатация при температурах от –70С до +100С;

• отличаются хорошей водостойкостью, стойкостью к кислотам и щелочам;

• диэлектрическими свойствами;

• газопроницаем, но водяные пары пропускает плохо, не токсичен.

Изделия получают литьем под давлением, штамповкой и экструзией.

Может подвергаться сварке и пайке.

Полистирол твердый аморфный пластик.

Свойства:

• хорошая механическая обрабатываемость;

• стойкость к ионизационному излучению;

• теплостойкость не повышенная.

Существует ударостойкий полистирол, который представляет собой сополимер с каучуком – полипропилен.

Изготавливают: трубы, пленки, синтетические волокна.

Хорошо обрабатывается на металлорежущих станках. Низкая морозостойкость.

Химическим модифицированием – добавкой Cl и F получают фторопласты.

Фторопласт-3.Свойства: электроизоляционный, химически стойкий, тепло- и морозостійкий до –120С.

Фторопласт-4. Температура его использования почти от абсолютного 0 до 270С. Стойкий против растворителей, низкий коэффициент трения в связи с чем его широко используют для подшипников скольжения не требующих смазки.

Недостатки:

• низкая твердость и износостойкость;

• склонность к отслоению при контактном нагружении.

Поливинилхлорид.

(-СН₂-СНСl-)_n

изготавливают: пленки, прутки.

Пленки используют как антикоррозионное покрытие для футеровки.

Свойства: хорошая обрабатываемость резанием, поддается сварке и гибки.

Применяется также как упаковочный материал, грампластины и для некоторых нагруженных деталей (муфты).

Пластикат (пластифицированный). Характеризуется морозостойкостью до –50С, маслобензостойкостью, устойчивостью к старению.

Используется для изоляции, добавки в ткани, ленолиум.

Применяют для футеровки емкостей химической аппаратуры.

В настоящее время металлургическая промышленность производит стальной лист, покрытый слоистым поливинилхлоридом.

Полиметилметакрилат (органическое стекло). Характеризуется низкой плотностью, высокой механической прочностью, хорошей свариваемостью, склеивается, обрабатывается на станках.

При толщине 3 мм пропускает более 90% ультрафиолетовых лучей.

Недостатки: склонность к внутреннему растрескиванию, что приводит к образованию так называемых полостей полного внутреннего отражения и потери прозрачности. Главным образом фенолформальдегидные, кремнеорганические.

В зависимости от вида наполнителей:

• пластмассы с порошковым наполнителем (древесная мука). Они изотропны, обладают ударной прочностью, изоляционными свойствами;

• волокниты;

- просто волокниты (очесы хлопка).

- асвоволокниты – фрикционные свойства;

- стекловолокниты.

• слоистые пластмассы (наполнители в виде слоев). Изготавливают листы, плиты, трубы, заготовки.

- гитинакс (наполнитель - бумага) устойчив к химии (изоляционный; декоративный).

- текстолит (наполнитель – х/б ткани). Изготавливают вкладыши подшипников и детали малонагруженных зубчатых передач.

- древесно-слоистый пластик. Характеризуется низким коэффициентом трения. Чувствителен к влаге.

- асботекстолит. Характеризуется теплостойкостью, работает до 300С.

- стеклотекстолит. Стеклотекстолит используют в авиационной и ракитной промышленности. Низкий модуль упругости.

• газонаполненные (наполнитель - воздух). Различают:

- пенопласты;

- поропласты.

Используют как тепло- и звукоизоляционные материалы в быту, авио-, судостроении, для космических кораблей.

Технико-экономические показатели использования пластмасс:

• существенно меньшая трудоемкость и длительность изготовления.

• Меньше капитальные вложения.