4. Физические состояния полимеров (стеклообразное, высокоэластичное, вязкотекучее). Термомеханические кривые.

При низкой температуре полимер находится в стеклообразном состоянии и ведет себя как твердое тело.

При повышении температуры полимер переходит в высокоэластичное состояние. В этом состоянии полимер способен к различным обратимым деформациям, что обусловлено подвижностью звеньев и гибкостью молекул. И при дальнейшем повышении температуры вещество переходит в вязкотекучее состояние, Дальнейшее повышение ведет к разрушению (деструкции) полимера. Вязкотекучее состояние характеризуется подвижностью и звеньев и всей макромолекулы. При течении молекулы полимера распрямляются и сближаются, в результате чего усиливается межмолекулярное взаимодействие, и полимер становится жестким. Это явление, характерное только для аморфных полимеров получило название механического стеклования. Его используют при формировании волокон и пленок.

5. Связь между строением (формой) макромолекул и физическими состояниями полимеров. Термопластичные и термореактивные полимеры.

Форма макромолекул влияет на структуру и свойства полимеров.

В линейных и разветвленных макромолекулах, атомы или группы атомов могут вращаться вокруг ординарных связей, постоянно изменяя свою пространственную форму. Это свойство обеспечивает гибкость макромолекул, и они могут изгибаться, скручиваться, распрямляться. Поэтому для линейных и разветвленных полимеров характерно высокоэластичное состояние, они обладают термопластическими свойствами: размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении без химических превращений.

При разветвлении эластические термопластические свойства становятся менее выраженными, а при образовании сетчатой структуры термопластичность теряется. Уменьшение длины цепей ведет к уменьшению эластичности полимеров, например, при переходе от каучука к эбониту.

6. Механические свойства полимеров. Влияние температуры и скорости нагружения на прочность полимеров. Долговечность полимеров и факторы, от которых она зависит. Старение полимеров, пути его сдерживания.

С ростом молекулярной массы механическая прочность возрастает, а также при переходе от линейных к разветвленным и далее к сетчатым структурам.

Стереорегулярные структуры имеют большую прочность, чем полимеры с разупорядоченной структурой. Самая высокая прочность у полимеров наблюдается в кристаллическом состоянии. Механическую прочность можно повысить добавлением наполнителей - сажи, мела, армированием стекловолокном.

Прочность является одной из важнейших характеристик всех конструкционных материалов, в том числе и полимерных. Полимерные материалы подразделяются на твердые (пластмассы, волокна, пленки), которые характеризуются относительно высокими модулями упругости (103 ÷ 104 МН/м2), и мягкие (высокоэластические материалы - резины с модулями упругости 1 ÷ 10 МН/м2). Механизмы и закономерности разрушения тех и других существенно различны. Одним из важнейших показателей механических свойств является прочность.

Прочность характеризует способность материалов противостоять разрушению (разрыву связей между элементами тела, приводящему к разделению его на части) под действием внешних сил и внутренних напряжений. Прочность характеризуется пределом прочности (σр - разрывное напряжение), который выражается величиной нагрузки, отнесенной к единице вновь образуемой поверхности. Различают разрушения хрупкое и пластическое. Теоретические модели прочности полимеров можно подразделить на механические, термодинамические и кинетические.

Механический подход характеризуется тем, что разрушение рассматривается как результат потери устойчивости образцов или изделий, находящихся в поле внешних и внутренних напряжений. Считается, что для каждого материала имеется определенное предельное напряжение, при котором изделие теряет устойчивость и разрывается. Это напряжение принимается за критерий прочности материала или изделия.

Долговечность полимеров – это продолжительность времени от момента нагружения до разрушения полимерного тела. Долговечность полимеров зависит от приложенной нагрузки и от температуры.

Старение полимеров, необратимое изменение свойств полимеров под действием тепла, кислорода, солнечного света, озона, ионизирующих излучений и др. В соответствии с факторами воздействия различают следующие основные виды старения: термическое, термоокислительное, световое, озонное, радиационное. Старение происходит при хранении полимеров и их переработке, а также при хранении и эксплуатации изделий из них. В реальных условиях на полимеры воздействует одновременно несколько факторов, например при атмосферном старении — кислород, свет, озон, влага. Важный фактор, ускоряющий старение, — механические напряжения, развивающиеся в полимерах при их переработке и в некоторых условиях эксплуатации изделий.

Стойкость полимеров к старению во многих случаях определяет сроки их хранения, а иногда и службы изделий. Эффективный способ защиты полимеров от старения — стабилизация