- •Физика полимеров
- •Введение
- •1. Структура полимеров
- •1.1. Структура макромолекул полимеров.
- •1.2. Топологические особенности структуры полимеров.
- •1.3. Надмолекулярная структура полимеров.
- •Надмолекулярная структура аморфных полимеров
- •Надмолекулярная структура кристаллических полимеров
- •2.Физические свойства полимеров.
- •2.1 Тепловое движение молекул.
- •2.2 Гибкость полимерных молекул
- •2.3 Межмолекулярное взаимодействие
- •2.4 Молекулярная подвижность в полимерах.
- •3. Физические и фазовые состояния полимеров
- •3.1 Высокоэластическое состояние аморфных полимеров
- •Статистическое рассмотрение высокоэластической деформации линейных полимеров.
- •3.2 Релаксационные свойства аморфных полимеров в высокоэластическом состоянии
- •3.3 Вязкотекучее состояние аморфных полимеров
- •Стеклообразное состояние аморфных полимеров
- •3.5 Кристаллизация полимеров
- •4. Механические свойства полимеров.
- •4.1. Деформационные свойства полимеров.
- •4.2. Ударная прочность полимеров.
- •4.3. Долговечность. Усталостная прочность полимеров.
- •5. Реология полимеров
- •5.1. Типы реологического поведения полимеров и их растворов
- •Приборы для получения кривых течения
- •5.2 Закон течения полимеров
- •5.3 Механизм течения полимеров
- •5.4 Зависимость вязкости от температуры, полярности макромолекул и молекулярной массы
- •Влияние эластичности на течение полимеров
- •6. Химические превращения полимеров
- •6.1 Старение полимеров
- •6.2 Деструкция полимеров
- •7. Контрольные вопросы
- •8. Литература
Введение
Данное методическое пособие предназначено для обучения студентов в рамках специальности 071000. Его основное содержание составляют базовые знания, при этом особое внимание уделено тем из них, которые раскрывают физическую природу уникальных свойств полимеров. Данный материал, наряду с фундаментальностью, доступностью и иллюстративностью изложения, позволит студенту сформировать полную и ясную картину о физической природе и особенностях полимерного состояния вещества, не прибегая к разрозненным сведениям из отдельных учебных пособий.
Наука о полимерах стала развиваться как самостоятельная область знания к началу Второй мировой войны и сформировалась как единое целое в 50-х годах XX столетия. Она тесно связана с физикой, физической, коллоидной и органической химией и конечно ее значение для материаловедения и развития технического прогресса в целом трудно переоценить. Можно без преувеличения сказать, что физика полимеров – одна из наиболее развивающихся областей науки. Крупнейшие отрасли промышленности: резиновой, пластических масс, химических волокон, пленок, лаков и клеев, электроизоляционных материалов – перерабатывают и применяют полимеры. Развитие практически любой отрасли народного хозяйства сегодня невозможно без применения полимеров.
Широкое использование и высокие темпы роста производства полимеров обусловлены, в первую очередь, разнообразием их физических, химических и механических свойств. Для направленного изменения свойств, т.е. для установления связи состав – структура – свойства, необходимо владеть знаниями о структуре полимеров и способах ее регулирования. Решение этой задачи требует серьезного анализа и обобщения обширной информации в области физики полимеров, накопленной за последние годы.
Термин «полимерные материалы» является обобщающим. Он объединяет три обширных группы синтетических пластиков, а именно: полимеры; пластмассы и их морфологическую разновидность — полимерные композиционные материалы (ПКМ) или как их еще называют армированные пластики. Общее для перечисленных групп то, что их обязательной частью является полимерная составляющая, которая и определяет основные термодеформационные и технологические свойства материала.
Полимеры – это вещества, молекулы (макромолекулы) которых состоят из большого числа повторяющихся групп атомов (звеньев).
Звенья представляют собой низкомолекулярные вещества, мономеры, молекулы которых способны в определенных условиях к последовательному соединению друг с другом в результате химической реакции синтеза. Таким образом, между собой звенья соединены в цепи химическими связями.
Макромолекулой принято называть молекулу полимера, молекулярная масса (ММ) которой определяется степенью полимеризации мономеров, то есть числом (n) мономерных звеньев с молекулярной массой М в единичной цепи
n·М = ММ. (1)
В зависимости от значений М и n молекулярная масса полимеров может изменяться в весьма широких пределах от 3·102 до 2·106 единиц.
Принято следующее, в определенной мере условное, разделение полимеров по величине молекулярной массы:
Олигомеры — это полимеры с ММ < 5·103.
Полимеры имеют молекулярную массу 5·103 ≤ ММ ≤ 5·105. К этой группе принадлежит абсолютное большинство разновидностей полимеров.
Сверхвысокомолекулярные полимеры имеют ММ > 5·105.