Кристаллические полимеры тверды до температуры кристаллизации, но имеют разную жесткость из-за наличия аморфных участков.
Кристаллические полимеры тверды до температуры кристаллизации, но имеют разную жесткость из-за наличия аморфных участков.
Полимеры с плотной сетчатой структурой имеют характеристики кривой деформация растяжение, соответствующее упругим деформациям с небольшими значениями. Высокоэластичная деформация практически отсутствует. Кристаллические полимеры имеют зоны упругой деформации с образованием шейки разрыва на образце, участок значительной деформации за счет распространения шейки на всю длину образца и участок разрыва.
Для полимеров характерно т.н. ориентационное упрочнение, когда при медленном растяжении в высокоэластичном или вязкотекучем состоянии макромолекулы и надмолекулярная структура ориентируется в силовом поле. При этом усиливается межмолекулярное взаимодействие, повышается температура стеклования, уменьшается температура перехода к хрупкости и повышается прочность. Появляется анизотропность вплоть до расслоения. Прочность может увеличиваться в 2-5 раз в продольном направлении и снижаться на 30-50% в поперечном. Модуль упругости возрастает в 2 раза. Кристаллические участки в полимере улучшают свою структуру с повышением прочности, тогда как аморфные участки дезориентируются.
Релаксационные свойства полимеров это свойства, зависящие от времени, действия и скорости приложения нагрузки из-за раскручивания и распрямления цепей и перемещения макромолекул. Скорость релаксации составляет до 10 -4 и может продолжаться сутками и месяцами. Релаксационную способность полимеров определяют по релаксации напряжений при неизменном удлинении.
В линейных полимерах релаксация связана с перемещением макромолекул относительно друг друга до снижения внешнего напряжения до нуля. В сетчатых полимерах релаксация чаще всего не происходит до определенного момента, когда нет нарушений связей, и полимер продолжает удерживать приложенное напряжение.
Полимеры склонны к ползучести, когда при снятии нагрузки остается пластическая деформация. У сетчатых полимеров происходит релаксация напряжений до нуля без образования деформационных участков.
Долговечность полимера определяется силой энергии связи в цепи, состоянием структуры, приложенным напряжением и температурой. При повышении приложенного напряжения и температуре долговечность падает и эта зависимость сильнее, чем у металлов.
Старение полимеров это самопроизвольное необратимое уменьшение технических характеристик со временем. Причиной являются воздействие света, теплоты, кислорода, озона, многократные деформации и влага. Для определения способности противостоять старению проводят испытания: естественное в атмосфере, тепловое при Т<Тпл на 500С до 50% снижения характеристик.
Причиной старения является образование сложных радикалов с деструкцией полимера из-за окисления кислородом или структурирование. Деструкция приводит к размягчению, выделению летучих веществ (каучук). Структурирование, напротив, приводит к увеличению твердости, хрупкости, потери эластичности (полистирол). Тепловое старение наблюдается при температурах 200-5000С и выше с образованием газовой фазы из-за разложения компонентов во всем объеме.
Термостабильны полиэтилен, полифенолы. Они обладают высокой теплотой полимеризации или высокой степенью полярности, как фторполимеры. Устранение склонности к старению достигается добавкой органических стабилизаторов и антиоксидантов (амины, фенолы). Это приводит к значительному увеличению срока службы. Так, для полиэтилена, стабилизированного сажей, можно увеличить срок службы более 5 лет, поливинилхлорида до 10-25 лет.
Радиационная стойкость способность противостоять ионизации и возбуждению, из-за которых происходит разрыв связей и образование свободных радикалов. Основными вредными проявлениями являются сшивание цепей или деструкция. При сшивании увеличивается молекулярная масса, повышается теплостойкость и механические свойства.
При деструкции происходит снижение молекулярной массы и уменьшение прочности. Деструкция характерна для полипропилена, полиэтилена и полиамида. Наиболее устойчивы к радиации бензолы (полистирол). Устранение вредного влияния радиации достигается введением антирадов ароматических аминов, устраняющих энергию возбуждения и обеспечивающих ее рассеяние.
Вакуумстойкость полимеров. При вакуумировании возможно ухудшение свойств из-за выделения добавок из материала (пластификаторов, стабилизаторов) и деструкция. К примеру, это может быть деполимеризация. К потере вакуумстойкости склонны полиэтилен, полипропилен, полиамиды. Оценка вакуумстойкости проводится по газопроницаемости, газовыделению и вакуумплотности.
Вакуумстойкость полимеров. При вакуумировании возможно ухудшение свойств из-за выделения добавок из материала (пластификаторов, стабилизаторов) и деструкция. К примеру, это может быть деполимеризация. К потере вакуумстойкости склонны полиэтилен, полипропилен, полиамиды. Оценка вакуумстойкости проводится по газопроницаемости, газовыделению и вакуумплотности.
Газопроницаемость это способность пропускать газ через уплотнитель. На газопроницаемость влияют состав, структура, природа газа, температура. Газопроницаемость меньше у полярных и линейных полимеров, выше у гибких макромолекул, при введении пластификаторов, и в меньшей степени при введении минеральных наполнителей.
Абляция разрушение материала, сопровождаемое уносом его массы газовым потоком.
Ее характеризуют через абляционную стойкость. Она определяется устойчивостью к механической, тепловой и термоокислительной деструкции. Для линейных полимеров характерна низкая стойкость к деструкции и деполимеризации, для лестничных и сетчатых характерно структурирование и обезуглероживание. Для повышения абляционной стойкости материала, его армируют более теплопроводящими материалами, например, железом.
Адгезия это слипание разнородных тел из-за межмолекулярного взаимодействия. Это явление используется при нанесении пленок и покрытий. Для полимеров может встречаться и аутогезия самослипаемость. Ее причинами являются адсорбция, электростатическое притяжение, диффузия макромолекул.
ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Пластмассы массы, получаемые на основе органических полимерных связующих. Они способны при нагреве быть пластическими, а отверждаются при дальнейшем нагреве или охлаждении.
Состав, классификация и свойства пластмасс.
В состав пластических масс входят:
1. Связующие (синтетические смолы, эфиры, целлюлозы) и наполнители порошкообразные или волокнисты. При пропитке наполнителя связующими и их опрессовывании получается монолитная масса.
2. Наполнители служат для повышения механических свойств, снижения усадки и придания специфических свойств.
3. Пластификаторы повышают эластичность и облегчают обработку.
4. Отвердители амины
5. Катализаторы перекисные соединения для ускорения отвержения термореактивных полимеров
6. Ингибиторы предохраняют массы от самопроизвольного отвержения
7. Красители.
Свойства пластмасс определяются составом компонентов, сочетанием компонентов и их количественным соотношением.
Классификация пластмасс.
Пластмассы классифицируют
1. по типу связующего
1.1. термопласты удобны, усадка менее 1-3%, упруги, нехрупки, способны ориентироваться и иметь ориентационное упрочнение.
1.2. реактопласты хрупки, усадка до 10-15%, для повышения их свойств вводят усиливающие или пластифицирующие наполнители.
2. По виду наполнителя
2.1. порошковые (карболиты) наполнителем является древесная мука, графит, тальк
2.2. волокнистые в качестве волокна используют очесы хлопка или льна, стекловолокно, асбест.
2.3. слоистые используют листовые наполнители
2.4. газонаполненные пено-поропласты, где наполнителем является воздух или нейтральные газы.
3. По применению
3.1. силовые конструкционные, фрикционные и антифрикционные, электроизоляционные
3.2. несиловые прозрачные, химически стойкие, электроизоляционные, декоративные, уплотнительные.
Особенности пластмасс
Их достоинствами являются:
1. малая плотность 1-2 т/м3
2. низкая теплопроводность 0.1 0,3Вт/мК
3. Электроизоляционные свойства
4. химическая стойкость
5. антифрикционность
6. прочность
7. технологичность.
Недостатками являются:
1. низкая теплостойкость
2. высокое тепловое расширение (в 10-30 раз больше, чем у стали)
3. низкая упругость и вязкость
4. склонность к старению
ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Термопласты полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда с пластификатором. Свойства Траб обычно не выше 60-700С, теплостойкие до 150-2500С, термостойкость с жесткими цепям и циклическими структурами до 400 6000С.
Особенности эксплуатации при эксплуатации происходит снижение прочности и вынужденная эластичность при длительном статическом нагружении. повышение хрупкости с ростом скорости деформации. Прочность 10-100МПа, модуль упругости 1,8-3,5х103 МПа. Хорошо сопротивляются усталости сигма 0,2-0,3 от предела прочности.
Виды термопластов полярные и неполярные. Неполярные полиэтилен, полипропилен, полистирол, фторопласт 4. Полярные термопласты фторопласт 3, ПВХ, полиамиды, полиуретаны, полиэтилентерефталаты, поликарбонаты, полиакрилат, пентапласты, полиформальдегиды.
Термостойкие пластики
Термостойкость обеспечивается за счет введения фениленовых звеньев, что обеспечивает работоспособность при 4000С и при замене гибких звеньев на жесткие гетероциклические, что повышает Траб до 6000С. Виды термостойких пластиков: ароматические полиамиды, полифениленоксид, полисульфоны, гетероциклические полиимиды.
Термопласты с наполнителями
Связующим является полимерная основа. Наполнители стекловолокно, асбест, органические волокно, углеродные волокна и пр. Волокнистые наполнители образуют каркас и упрочняют материал. Промышленное использование имеют полиамиды и поликарбонаты, наполненные рубленным стекловолокном. Это повышает прочность до 90-149 МПа, обеспечивает повышенное сопротивление усталости и износу при Тисп 60-1800С.
Перспективны термопласты с синтетическим наполнителем пропиленом, капроном, лавсаном, винолом. При близкой химической природе и типе связей обеспечивается совместная работа на упрочнение и рост длительной прочности в десятки раз.