Читайте также:
|
Особенности химической природы, строения и размеров молекул, их взаимного расположения и упаковки оказывают большое влияние на физико-механические свойства полимеров.
Вследствие высокой молекулярной массы полимеры не могут переходить в газообразное состояние, при нагреве не образуют низковязкие жидкости, а термостабильные полимеры даже не размягчаются.
Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем.
Стеклообразное состояние — твердое, аморфное (атомы молекулярной цепи колеблются около равновесного положения, движение звеньев и перемещение макромолекул не происходит).
Высокоэластичное состояние (присуще только высокополимерам) характеризуется способностью материала к большим обратимым изменениям формы при небольших нагрузках (при колебаниях макромолекула приобретает способность изгибаться).
Вязкотекучее состояние похоже на жидкое состояние, но отличается большой вязкостью (подвижна вся макромолекула).
С изменением температуры может меняться и физическое состояние полимеров.
Полимеры с пространственной структурой находятся только в стеклообразном состоянии.
Редкосетчатая структура позволяет получать полимеры в стеклообразном и высокоэластичном состояниях.
Различные физические состояния полимеров обнаруживаются при их деформациях. Зависимость деформации, развивающейся при заданном напряжении за определенное время графически изображается термомеханической кривой. Термомеханические кривые получают при нагреве нагруженного образца полимера с заданной скоростью. Действующая нагрузка должна быть постоянной по величине и малой по значению, чтобы механические воздействия на полимер не приводили к изменению его структуры.
На термодинамических кривых имеются три участка, соответствующих трем физическим состояниям: I — стеклообразного состояния, II — высокоэластичного состояния и III — вязкотекучего состояния.
 |
Для линейного некристаллизующегося полимера (1) области стеклообразного состояния соответствуют упругие деформации. При температуре ниже температуры хрупкого состояния полимер становится хрупким, его разрушение происходит в результате разрыва химических связей в макромолекуле. Высокоэластичное состояние полимера характеризуется значительными обратимыми деформациями, при нагреве до температуры начала вязкого течения кроме упругой и высокоэластичной деформации возникает и пластическая деформация.
Кристаллические полимеры (2) ниже температуры кристаллизации являются твердыми, но имеют различную жесткость, обусловленную наличием аморфной части, которая может находиться в различных состояниях. При достижении температуры кристаллизации кристаллическая часть полимера плавится и термомеханическая кривая кристаллического полимера скачкообразно достигает участка термомеханической кривой линейного некристаллизующегося полимера, соответствующего высокоэластичной деформации.
В редкосетчатых полимерах типа резин (3) узлы сетки препятствуют относительному перемещению полимерных цепей. Благодаря этому при повышении температуры вязкое течение не наступает, расширяется высокоэластическая область, верхней температурной границей которой становится температура химического разложения полимера.
Механические характеристики полимеров сильно зависят от их структуры. Кроме структурных параметров большое влияние на механические свойства полимеров оказывают внешние факторы: температура, длительность и частота или скорость нагружения, давление, вид напряженного состояния, термообработка, характер окружающей среды и др.
Полимеры в кристаллическом и стеклообразном состояниях могут быть ориентированы. Ориентация осуществляется медленным растяжением полимеров, находящихся в высокоэластическом или вязкотекущем состоянии, при достижении требуемой степени ориентации температура снижается ниже температуры стеклования и полученная структура фиксируется. Ориентация увеличивает межмолекулярное взаимодействие, что приводит к повышению температуры стеклования, понижению температуры хрупкого состояния и повышению прочности. Прочность на разрыв в направлении ориентации увеличивается в 2–5 раз, в перпендикулярном направлении, наоборот, понижается на 30–50 %. Модуль упругости в направлении одноосной ориентации увеличивается до 2-х раз. Высокая прочность сочетается с достаточной упругостью (характерно только для высокополимеров).
Полимеры обладают свойством релаксации. Под действием приложенных напряжений происходит как распрямление и скручивание цепей, так и перемещение макромолекул пачек и других надмолекулярных структур, при этом установление равновесия (релаксация) достигается через определенное время. У линейного полимера под воздействием внешнего напряжения происходит перемещение макромолекул относительно друг друга, напряжение постепенно снижается и в пределе стремится к нулю. В сетчатых полимерах напряжение стремится к некоему определенному значению, поскольку релаксация не может нарушить межмолекулярные химические связи. после снятия нагрузки упругая деформация исчезает мгновенно, высокоэластичная в сетчатом полимере постепенно релаксирует до нуля, а в линейном полимере сохраняется пластическая деформация. Для эластомеров деформации при нагружении и разгружении не совпадают (наблюдается гистерезис с остаточной деформацией после разгружения). При достаточной выдержке под нагрузкой развиваются процессы релаксации, обеспечивающие приближение к равновесной деформации. Процесс релаксации при постоянном напряжении приводит к ползучести, при этом деформация меняется во времени.
Межмолекулярное взаимодействие обусловливает и такое свойство полимеров, как адгезия — слипание разнородных тел, приведенных в контакт. На способности полимеров к адгезии основано их использование в качестве пленкообразующих материалов (клеи, герметики, покрытия), а также при получении наполненных и армированных полимерных материалов. На прочность адгезионого соединения влияют температура, давление, время и смачивание поверхности субстрата (твердого материала) адгезивом (пластичный, текучий материал).
Полимеры имеют высокую стойкость к щелочам и концентрированным кислотам. В отличие от металлов они не подвержены электрохимической коррозии. С увеличением молекулярной массы снижается растворимость полимеров в органических растворителях. Полимеры с пространственной структурой практически не подвержены действию органических растворителей.
Большинство полимеров является диэлектриками, в основном относятся к немагнитным веществам. Из всех применяемых конструкционных материалов полимеры имеют наименьшую теплопроводность и наибольшие теплоемкость и тепловую усадку. Тепловая усадка полимеров примерно в 10-20 раз больше, чем металлов. Причиной потери герметичности уплотнительными узлами при низких температурах является стеклование резины и резкое различие коэффициентов расширения металла и резины в застеклованном состоянии.
Дата добавления: 2014-12-20; просмотров: 158 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |