Особливості властивостей полімерних матеріалів

Особливості будови полімерів дуже впливають на їхні фізико-механічні та хімічні властивості. Унаслідок високої молекулярної маси вони не здатні переходити в газоподібний стан, під час нагрівання утворювати низько в'язкі рідини, а термостабільні навіть не розм'якшуються.

Полімери можуть знаходитися в трьох фізичних станах: склоподібномуу, високоеластичному та в 'язкотекучому.

Склоподібний стан виникає під час переходу аморфного полімеру з рідкого (високов'язкого) у твердий стан без утворення упорядкованої (кристалічної) фази. При цьому коливаються лише атоми, що входять до складу молекулярного ланцюга; руху ланок, сегментів і самої макромолекули не відбувається. Високоеластичний стан характеризується здатністю матеріалу до великих оборотних змін форми за невеликих навантажень; коливаються ланки, і макромолекула здобуває здатність згинатися.

В'язкотекучій стан нагадує рідкий, але відрізняється від нього великою в'язкістю (рухлива вся макромолекула).

У силу великих розмірів і гнучкості макромолекул полімерів, переміщення частин молекули - атомів, ланок, сегментів (груп ланок) і макромолекули в цілому, - вимагає дуже різної енергії активації. Тому із підвищенням температури рухливість здобувають усе більша кількість атомів макромолекули і, відповідно, полімер може переходити з одного фізичного стану в інший.

Різні фізичні стани полімеру виявляються під час зміни його деформації з температурою. Графічна залежність деформації, що розвивається за визначений час за заданої напруги, від температури називаються термомеханічною кривою (наведено на рисунку 8.1).

На кривих є чотири ділянки, що відповідають різним фізичним станам полімерів. Середні температури перехідних областей називаються температурами переходу. Для лінійного аморфного полімеру (крива 1) область І - область пружних деформацій (відносна деформація 2 / 5%), пов'язана зі зміною відстані між частками речовини, тобто за t < t_с реалізується лише тепловий рух атомів.

За напруги практично миттєво відбувається пружна оборотна деформація полімеру за рахунок деякого збільшення відстані між атомами та розпрямлення валентних кутів у молекулі. Час релаксації цих процесів дуже малий.

Ріст навантаження, після досягнення межі пружної деформації, призводить до крихкого руйнування тіла. Це має місце, коли температура нижче гхр чи коли напруга зростає з великою швидкістю. Таке поводження полімеру відповідає склоподібному стану матеріалу.

В області II і III (коли t > t_с) невеликі напруги викликають переміщення окремих сегментів і ланок макромолекул і їхню орієнтацію в напрямку діючої сили. Під дією напруги крім пружної деформації відбувається випрямлення ділянок-сегментів макромолекул без того, щоб молекула в цілому перемістилася в нове

положення. Усунення деформуючої сили призводить до зворотного скручування
молекул і відновлення розмірів тіла. Це відбувається зі швидкістю, що визначається часом релаксації цього процесу за даних умов. Час релаксації цих процесів
може бути дуже великий. Поводження аморфного полімеру за таких умов відповідає високоеластичному стану полімеру. Аморфні полімери можуть багаторазово
піддаватися нагріванню, а потім охолоджуватися.»

Деформація, коли t > t_т(рисунок 8.1), відбувається за умов рухливого стану цілих макромолекул. Під навантаженням макромолекули переміщаються одна відносно іншої. За рахунок цього досягається залишкова деформація, що залишиться після усунення діючого навантаження. Поводження полімеру за цих умов відповідає в 'язкотекучому стану.

Температури t_с і t_тє важливими характеристиками лінійних аморфних полімерів. Кожному з цих станів відповідає область технічного застосування полімерів: виробництво волокон, конструкційних деталей вимагає полімерів в склоподібному слані; гумова промисловість - полімерів, які знаходяться у високоеластичному стані й у можливо більш широкому інтервалі температур.

Усі процеси переробки полімерів вимагають переходу їх у текучий стан, що досягається або підвищенням температури, або переведенням полімеру в розчин.

Кристалічні полімери нижче температури плавлення - кристалізації t_к - є твердими, але мають різну твердість (рисунок 8.1, крива 2.), унаслідок наявності аморфної частини, яка може знаходитися в різних станах.

За t_к кристалічна частина плавиться і термомеханічна крива майже стрибкоподібно досягає ділянки кривої І, що відповідає високоеластичній деформації аморфних полімерів.

Рідкосітчасті полімери (типу гум) мають термомеханічну криву типу 3. Вузли сітки перешкоджають відносному переміщенню полімерних ланцюгів. У зв'язку з цим під час підвищення температури в'язкої течії не наступає, розширюється високоеластична область і її верхню межу становить температура хімічного розпаду полімеру (t_x).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Синтез полімерів	\|	Механічні властивості полімерів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.