лекция

Основные свойства полимерных материалов.

1. Плотность:

Все полимеры обладают малой плотностью. Наиболее распространенные полимеры: смолы, пластмассы, графит обладают плотностью 900 – 2000 кг/м³. Чаще всего плотность полимерных материалов находится в диапазоне 1000 – 1500 кг/м³. Минимальная плотность имеют пористые материалы – пенопласты, пенорезины, пеностекла их плотность 50 – 900 кг/м³. У некоторых полимеров плотность близка к плотности металлов и сплавов. К ним относятся бариды, карбиды.

2. Теплостойкость

Предельные температуры при которых полимеры или материалы на их основе могут работать под нагрузкой без опасной деформации. Теплостойкость зависит от химического состава и строения макромолекулы. Большинство органических полимеров имеют невысокую теплостойкость. Наибольшую, имеют полимеры с густо сетчатым строением макромолекулы. К ним относятся: отверженный фенол, фенол формальдегид, кремниево - органические смолы, циклические полимеры. Теплостойкость можно повысить вводя в состав полимеров наполнители, такие, как асбест, кварцевый песок, химические волокна. У большинства полимеров теплостойкость не превышает 500.

3. Теплопроводность

У различных полимеров значение теплопроводности сильно отличается друг от друга и эти значения ниже, чем у металлов. Коэффициент теплопроводности зависит от химического свойства и строения макромолекулы, температуры окружающей среды и влажности. Для различных групп полимеров значение коэффициента теплопроводности при температуре 20 С колеблется – для пенопластов 0,02  0,04, для слюды 0,4  0,5, для фарфора 1,4  5, для ситаллов 1,4  4.

4. Температурный коэффициент линейного расширения.

Его значение у полимеров выше, чем у металлов. Это необходимо учитывать при армировании изделия из полимеров. У основных органических полимеров температурный коэффициент линейного расширения колеблется от 15∙10^-6 до 100∙10^-6 С^-1. Наибольшее значение имеют термопласты. Такие материалы, как полиамиды, полиуританы, каучуки имеют значение температурный коэффициента линейного расширения самое высокое, и следовательно, при соединении изделий из этих полимеров с металлами необходимо использовать либо промежуточный слой, либо оставлять зазоры.

5. Прочность

Прочность – свойство полимеров не разрушаясь испытывать механические нагрузки. Для количественного описания этого свойства вводятся несколько характеристик, получаемых при испытании образцов. Одна из эти характеристик – придел прочности, определяющий значение напряжений в направлении действующих сил, при которых происходит разрушение образца. Значение придела прочности зависит от структурных свойств полимера. Механические свойства конструкционных полимеров определяются только по этому параметру. Основным параметром определяющим прочностные характеристики полимеров является модуль упругости. Его значение зависит от химических свойств, строения макромолекулы, и от тех связующих веществ, которые вводятся в полимер. Для полимеров с линейным строением макромолекулы, модуль упругости имеет значение Е = 10  150 МПа.

6. Электропроводность

Это основной параметр при оценке электроизоляционных свойств полимеров. Значение этого параметра зависит от дефектов структуры полимера и количества примесей, которые концентрируются вблизи поверхности. Электросопротивление полимеров рассматривают, как состоящие из объемного и поверхностного. В соответствии с принятой схемой замещения эти сопротивления рассматривают, как параллельное включение и общее сопротивление определяют: . Электропроводность зависит от температуры, влаги и значении диэлектрических потерь.

7. Диэлектрические потери

Характеризуют мощность поглощаемой энергии и рассеиваемые в виде тепла. У полимеров наблюдаются следующие механизмы поглощения энергии. (релаксационные, резонансные, ионизационные). Все эти механизмы поглощения связаны с поляризацией полимера. В переменных полях, где состояние полимера изменяется многократно в единицу времени, коэффициент потерь значительно выше, чем в постоянных полях. При расчете мощности потерь у полимера в переменном поле частоты  схема замещения имеет вид:

Для такой схемы замещения мощность потерь определяется зависимостью

P=U²∙∙С∙tg

Для оценки качества материалов обычная емкость С = k∙, где k коэффициент характеризующий форму и размеры, и не зависит от параметров полимера. в соответствии с этим мощность потерь P=U²∙∙k∙∙tg, здесь U²∙∙k – не зависит от свойств материала, а свойства материала определяются ∙tg, которое характеризует способность материала к рассеиванию энергии а данных условиях. Это произведение и является коэффициентом диэлектрических потерь у полимеров. Для большинства полимеров величина  = 10^-9 tg = 10^-4.

Термопласты.

Большую группу пластмасс, используемые для изготовления аппаратуры различного функционального назначения составляют термопласты. Характерной особенностью является возможность применения высокопроизводительных технологий на полностью автоматизированном оборудовании, а также тем , что отходы и брак можно использовать для вторичной переработки.

Соединять детали из термопластов можно сваркой, склеиванием, и жестким механическим соединением. Рабочая температура изделий лежит в диапазоне от 70С до 130С, а у полиамидов до 400С.

Применение термопластов в высоконагруженных ограничена из-за низкого временного сопротивления и повышенной ползучести материала. Термопласты упрочняют волокнистыми материалами. Из термопластов изготавливают листы, пленки, плиты и волокна.

Различают две группы термопластов: полярные и неполярные.

Неполярные термопласты.

Неполярные: к ним относятся полимеры этилена, а также хлор и фторпроизводные этилена. Из наиболее распространенных следует выделить полиэтилен, винипласт, фторопласт, полистирол.

Полиэтилен – обладает макромолекулой, состоящая из циклических групп вида:

[- СН₂ – СН₂ -] _n

Промышленность выпускает в виде среднего, низкого и высокого давления. Все виды полимера обладают аморфно-кристаллической структурой макромолекулы. Характерной особенностью применения полиэтилена является высокая стойкость к химически агрессивным средам и растворителям. Он обладает высокой влаго и морозостойкостью.

Другим наиболее распространенным материалом является полипропилен.

Полипропилен обладает макромолекулой, состоящая из циклических групп вида

- СН₂ – СН -

|

CH₃ n

Используется для изготовления пленочных и волокнистых материалов. Изделия из него обладают высокой механическими свойствами и теплостойкостью.

Полиизобутилен – ризиноподобный материал, обладающий высокой хладотекучестью и хорошими диэлектрическими свойствами. Применяется для изготовления липких лент и в производстве бутилового каучука.

Полистирол – аморфный прозрачный, горючий жесткий полимер с макромолекулой, состоящая из циклических групп вида:

- СН₂ – СН -

|

C₆H₅ n

Используют для изготовления слабонагруженных деталей, в производстве прочного стирольного каучука.

Политетрафторэтилен – променяют для изготовления фторлона и тефлона. Они обладают хорошими конструктивными свойствами.

Фторлон 4 – используется для изготовления втулок и шестерней. Изделия из него работают при температуре от -250С до +250С.

Полярные термопласты

К ним относятся материалы в цепочках и звеньях которых присутствует хлор. Его введение приводит к нарушению симметрии звеньев макромолекулы и приводит к появлению дипольного момента. К группе полярных термопластов относятся такие материалы, как полиуританы, органические стекла, полиформальдегиды и некоторые разновидности соединения этилена. Большую группу полярных термопластов составляют полиамиды.

Фторлон 3 –применяется для изготовления винипласта и пентона. Эти материалы используются для изготовления деталей насосов, труб, клапанов и в качестве защитных пленок на металлах. На основе сложных эфиров изготавливают органические стекла, лавсан и дифлон. Детали из них обладают высокой ударопрочностью. Они используются при изготовлении шестерней, подшипников и радиодеталей.

Большую группу полярных термопластов занимают полиамиды. Макромолекула полиамидов имеет вид:

[- NНСO -],

а также метиловые группы:

[- СН₂ -],

к наиболее распространенным материалам этой группы относят капрон, нейлон и рилсан. Из них делают втулки, шестерни, подшипники, буксирные канаты, шинные корды и парашютные ткани.

Лекция