- •1. Порошковые материалы
- •Общие сведения
- •Конструкционные материалы
- •Механические свойства и назначения порошковых конструкционных общемашиностроительных материалов
- •Механические свойства и назначение порошковых материалов и сплавов цветных металлов
- •1.3. Антифрикционные материалы
- •1.4. Фрикционные материалы
- •1.5. Пористые фильтрующие элементы
- •1.6. Композиционные материалы
- •1.6.1. Общие сведения
- •1.6.2. Строение композиционных материалов
- •1.6.3. Дисперсно-упрочненные материалы
- •1.6.4. Армированные волокнистые материалы
- •Композиция «алюминий – металлическая проволока»
- •1.6.5. Металлокерамические твердые сплавы
- •Неметаллические материалы
- •Строение и свойства полимеров
- •Особенности строения полимеров
- •2.1.2. Свойства линейных полимеров
- •2.1.3. Свойства полимеров сетчатой структуры
- •2.2. Пластические массы
- •Механические свойства термопластических пластмасс
- •2.2.1. Термореактивные пластмассы
- •Механические свойства материалов на основе фенолформальдегидной смолы (с органическим наполнителем)
- •Механические свойства высокопрочных стеклотекстолитов
- •Примечание. Данные прочности по основе помечены звездочкой (*), в направлении перпендикулярно слоям – двумя звездочками (**).
- •2.2.2. Синтетические эластомеры, каучук, резина
- •Физико-механические свойства каучуков и резин
- •2.2.3. Рекомендации по использованию пластмасс в машиностроении
- •2.3. Стекло
- •Свойства некоторых промышленных стекол и ситалла
- •2.4. Керамические материалы
- •2.5. Полупроводниковые материалы
- •Библиографический список
- •1. Порошковые материалы 4
- •1.1. Общие сведения 4
- •1.6.1. Общие сведения 19
- •2.3. Стекло 63
- •2.4. Керамические материалы 67
- •2.5. Полупроводниковые материалы 75
2.1.2. Свойства линейных полимеров
Макромолекулы полимеров линейной структуры (рис. 6, а) являются гибкими. Элементарные звенья непрерывно меняют свое положение в пространстве, вследствие чего меняется вид цепи: она может принимать форму спиралей, запутанных зигзагов и даже клубков. Подвижность звеньев возрастает с повышением температуры. Наличие двух видов связи – физической и химической, разница в их прочности и подвижность элементарных звеньев определяют специфические свойства полимеров.
У полимеров линейной структуры при приложении внешней нагрузки деформации могут возникнуть за счет изменения расстояния между молекулами; они невелики (2–20 %), развиваются мгновенно благодаря межмолекулярному взаимодействию, обратимы, т. е. исчезают сразу после снятия нагрузки. Такие деформации можно расценивать как упругие.
Так как звенья цепи подвижны, то внешняя нагрузка вызывает распрямление молекулы линейного полимера. Деформации, возникающие в этом случае, могут быть весьма значительны, развиваются постепенно. Равновесие между напряжением и деформацией (релаксация) достигается через определенное время – время релаксации. Такие деформации после разгрузки постепенно исчезают, и их называют высокоэластическими. С повышением температуры время релаксации уменьшается, а величина высокоэластических деформаций возрастает.
Разница в прочности химической и физической связей приводит к тому, что под влиянием внешней нагрузки возникает необратимое перемещение молекул, поэтому у полимера появляются пластические деформации, величина которых зависит от внутренней вязкости полимера и температуры.
Упругая, высокоэластическая и пластическая деформации наблюдаются у полимера линейной структуры при любой температуре, но в различной степени. В зависимости от преобладающей деформации различают три физических состояния:
стеклообразное – в интервале от температуры морозостойкости Тм до температуры стеклования Тст. В этом состоянии подвижность элементарных звеньев незначительна и преобладают упругие деформации. Ниже температуры морозостойкости полимеры практически нельзя деформировать, они становятся хрупкими;
высокоэластичное – в интервале от температуры стеклования Тст до температуры текучести Ттек. Оно характеризуется повышением подвижности элементарных звеньев. В этом состоянии преобладают высокоэластические деформации;
вязкотекучее – в интервале от температуры текучести Ттек до температуры разрушения (деструкции) Тр, для которого характерны в основном пластические деформации.
Таким образом, линейные полимеры по мере нагревания становятся высокоэластичными, затем вязкотекучими – пластичными и жидкими; при охлаждении они снова возвращаются в высокоэластичное, а затем в стеклообразное состояние. Следовательно, этот процесс обратим и может совершаться многократно. Поэтому линейные полимеры называют термопластичными или термопластами.
Линейные полимеры эксплуатируют чаще всего ниже температуры Тст. Только некоторые полимеры (полиэтилен, полипропилен, фторопласт-4) используют как высокоэластичные в интервале температур Тст – Тшк. При изготовлении изделий из полимеров их нагревают выше Ттек.
Свойства линейных полимеров зависят от длины макромолекул, разветвленности цепей, плотности упаковки атомов и строения элементарного звена. С увеличением длины молекул повышаются твердость и прочность полимеров, понижается их растворимость. Например, полиэтилен при 20 звеньях в молекуле представляет собой жидкость, а при 2000 звеньев – гибкий пластик, из которого делают пленку и гибкие трубы, а при 6000 звеньев – твердый материал, из которого изготовляют жидкие трубы, контейнеры, тару.
Разветвленность цепей (см. рис. 6, б) ослабляет межмолекулярные связи и тем самым снижает прочность полимера. Однако и для разветвленных молекул возможна более плотная упаковка, когда боковые ответвления располагаются по цепи в определенном порядке, как это имеет место у стереорегулярных полимеров. Например, можно получить стереорегулярный полипропилен или полистирол. От соответствующих аморфных полимеров они отличаются повышенной температурой плавления и высокими механическими свойствами.
Некоторые линейные полимеры, например полиэтилен, полиамиды и др., склонны к кристаллизации, т. е. к плотной упаковке цепей молекул. Однако большая длина молекул и их гибкость затрудняют этот процесс, поэтому степень кристаллизации обычно не превышает 50 %. Увеличение степени кристалличности повышает жесткость (модуль упругости) и прочность полимера, температуру перехода в текучее состояние, уменьшает его пластичность, растворимость.
По строению элементарного звена молекулы линейных полимеров могут быть полярными и неполярными. У полярных молекул электрические центры положительных (ядер) и отрицательных (электронов) частиц не совмещены, у неполярных – совмещены. Полимеры с неполярными молекулами (например, полиэтилен, полистирол, фторопласт-4) химически стойки, обладают высокими диэлектрическими свойствами, но малопрочны и обладают низкой температурой текучести.