ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Вязкоупругое поведение полимеров из "Прочность конструкционных пластмасс " Механические свойства полимеров во многих отношениях принципиально отличаются от свойств металлов. Большинство из этих различий можно связать с характерными особенностями структуры этих двух классов материалов. Основная отличительная черта полимеров состоит в том, что их молекулы представляют собой длинные цепи ковалентно связанных атомов. Один из простейших примеров — полиэтилен, молекулы которого состоят из повторяющихся единиц — СН2 —, его получают полимеризацией этилена —СН2=СН2. [c.7] Поликонденсационные полимеры получают при взаимодействии бифункциональных молекул с выделением воды, к ним относятся, например, полиэтилентерафталат и нейлон. [c.7] Все это — примеры линейных полимеров, в которых мономерные звенья образуют одну непрерывную нить и каждая молекулярная цепь химически не связана с остальными. Встречаются и более сложные структуры. У некоторых полимеров цепи соединены друг с другом в нескольких точках и образуют сшитые (сетчатые) структуры, как это имеет место в термореактивных материалах, таких, как эпоксидные и полиэфирные смолы, бакелит и т. п. [c.7] Еще одним случаем усложнения структуры является развет-вленность цепей, когда из нескольких точек главной цепи начинаются вторичные цепи. [c.7] При оценке прочностных свойств полимерных материалов широко используется комплекс показателей, происхождение которых связано с развитием методов испытаний металлов. Измерение этих показателей основано на определении характерных точек на диаграмме растяжения образцов (вплоть до разрушения) в условиях постоянной скорости растяжения или постоянной скорости относительной деформации с1г1(И. Понятно, что получаемые при некоторых нормализованных условиях испытаний технические оценки являются относительными они позволяют дать оценку свойствам материала по сравнению с другими и указать основной характер влияния режима деформирования на условия разрушения материала. [c.8] Очень часто, говоря о технических характеристиках твердого полимера, не принимают во внимание его молекулярную массу и в особенности ММР. Однако это справедливо только по отношению к достаточно высокомолекулярным образцам, когда перестает сказываться влияние концов цепей на свойства материала. [c.8] Общепринятым является разделение полимеров на две основные группы термопластичные и термореактивные полимеры резкое различие их свойств является отражением различия их структурных характеристик. Механическое поведение полимеров существенно зависит от скорости деформирования. Развивающиеся при этом деформации могут быть весьма большими. Во многих случаях они оказываются полностью обратимыми при снятии нагрузки или нагревании материала. [c.8] Если полимер, имеющий соответствующую структуру, охладить с достаточно малой скоростью, молекулярные цепи могут расположиться таким образом, что при этом образуются локальные кристаллические области, которые в дальнейшем будут препятствовать относительному проскальзыванию. Благодаря этому кристаллические полимеры имеют повышенную жесткость, а их вязкое течение невозможно до достижения точки плавления кристаллитов. [c.9] В аморфных полимерах вязкое смещение (течение) цепей также ограничено поперечными связями в то же время эластомеры и каучуки обладают слабыми поперечными связями, они могут испытывать при комнатной температуре весьма большие обратимые упругие деформации — примерно до 800%. Заметим, что и некоторые другие полимеры могут проявлять свойства эластомеров в определенных температурных интервалах. Чем больше молекулярных цепей сшито (связано в сетки), тем более жестким оказывается материал. Так как поперечные связи и соответствующая сетчатая структура возникают обычно в процессе термического отверждения, можно полагать, что каучуки не являются термопластичными полимерами в строгом смысле этого слова, и их следует рассматривать как третью основную группу материалов. [c.9] Термореактивные полимеры, имеющие жесткую трехмерную сетку с поперечными связями, образуются в результате отверждения смесей двух или более компонентов, являющихся сравнительно простыми мономерами или частично полимеризоваиными материалами. Свойства термореактивных полимеров в температурной области ниже той, при которой материал разрушается или разлагается, практически не зависят от температуры, а их зависимость от времени и скорости деформации слабее, чем у термопластичных полимеров. [c.9] Привитый полимер получают путем химического присоединения к молекулам одного полимера длинных боковых цепей другого. [c.10] Сополимер есть результат химического соединения двух полимеров [А]п и [Б] в одну цепь. Сополимеры могут иметь блочное строение [Л А А...], [ББ...] или быть статистическими АБААБАБ, причем последние не содержат длинных последовательностей звеньев одного типа —А или Б. [c.10] Помимо химического состава большое влияние на механические свойства оказывает физическая структура. Поскольку настоящая книга в основном посвящена деформативности и прочности кристаллических полимеров, введем некоторые элементарные понятия об их структуре. [c.10] Как уже отмечалось, некоторые полимеры при охлаждении, начиная с температуры плавления Гпл, могут кристаллизоваться, но доля кристаллической структуры зависит от микромолекуляр-иой структуры полимера и скорости охлаждения. Например, полиэтилен имеет простую симметричную цепь и легко переходит в кристаллическое состояние его невозможно охладить настолько быстро, чтобы полностью предотвратить кристаллизацию. В то же время некоторые типы нейлона при закалке из расплава могут получить совершенно аморфную структуру, а при медленном охлаждении закристаллизоваться на 80%. [c.10] Предполагается, что слои зигзагообразно уложенных цепей, идущие радиально из центра сферолита, разделяются аморфными областями (рис. 1.1, 5) типичный сферолит в блочном полимере имеет диаметр 0,1—50 мкм. [c.12] Отметим различие между структурами цепей полиэтилена (ПЭ) и политетрафторэтилена (ПТФЭ), так как ими обусловлены характерные свойства ПТФЭ в широком температурном диапазоне от температуры жидкого гелия до температуры плавления (—327° С). На рис. 1.1, е показана схема расположения атомов в молекулярной цепи ПЭ видно, что атомы водорода располагаются друг над другом, образуя регулярную, но узловатую структуру. Она способствует тесному взаимному прилеганию соседних цепей, причем выступы одной из них входят во впадины другой, и возникающие вторичные силы межмолекулярного взаимодействия могут оказаться весьма значительными. [c.12] При охлаждении материала до температуры стеклования молекулярные цепи плотно упаковываются, что делает материал твердым и хрупким. [c.12] В противоположность водороду большие атомы фтора не могут располагаться в цепях друг над другом, в соответствии с принципом наиболее плотной упаковки. Они смещаются, в каждом последующем ряду и образуют зигзагообразную закругленную молекулярную цепь показанную на рис. 1.1, дас. На полный виток спирали приходится 26 атомов углерода (если посмотреть с торца, цепь имеет сечение в виде круга). При таком расположении (упаковке) межмолекулярное взаимодействие между соседними фтор-углеродными цепями весьма незначительно, и хорошие высокотемпературные свойства ПТФЭ объясняются в основном структурой.самих цепей. [c.12] Наличие же слабых межмолекулярных сил приводит к весьма незначительным изменениям свойств политетрафторэтилена при охлаждении до области стеклования аморфной фазы, и материал сохраняет достаточную степень гибкости и упругости даже при температуре жидкого гелия. [c.12] Вернуться к основной статье