Строение и структура полимеров

ЛЕКЦИЯ 1

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Тенденции развития современной техники характеризуются, прежде всего, повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства. Технические достижения последних лет, стимулируемые функциональными и экономическими интересами, стали возможными благодаря разработке высокоэффективных технологий и прогрессивным изменениям номенклатуры и качества материалов. Темпы этих изменений непрерывно растут и если в настоящее время соотношение металлов и неметаллов в мировом потреблении оценивается приблизительно 45 : 55, то в ближайшем будущем прогнозируется изменение этого соотношения 25 : 75. Причем в объеме потребления неметаллических материалов доля пластических масс растет наиболее интенсивно ( 2-3 % ежегодно).

Быстрое увеличение объемов выпуска и применения полимерных материалов (ПМ) по сравнению с другими материалами объясняется их преимуществами: невысокой плотностью, возможностью регулирования свойств путем введения различных модифицирующих добавок (наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов и др.), высокими диэлектрическими свойствами, усталостной и химической стойкостью, а в некоторых случаях оптической и радиопрозрачностью, антифрикционными, фрикционными и разнообразными декоративными свойствами, а также дешевизной исходного сырья. Кроме того, полимерные материалы характеризуются высокой технологичностью, поскольку при переработке в готовые изделия отличаются сравнительно малой операционностью и низкой энергоемкостью. Например, последний показатель у ПМ по сравнению с титановыми сплавами ниже в 20 раз, с алюминиевыми - в 5 раз, со сталью - в 3 раза. Одновременное снижение эксплуатационных затрат на антикоррозионную защиту, смазку и замену изношенных деталей делает выбор ПМ не только экономически наиболее предпочтительным, но часто и единственно возможным. Отсюда и неуклонный рост объемов применения ПМ во всех отраслях современной промышленности.

I. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, СТРУКТУРЫ

И СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ

Полимеры имеют очень большое значение в производстве многих изделий в различных отраслях промышленности. Они применяются непосредственно для создания таких материалов как пластмассы армированные пластики, лаки, компаунды, герметики, клеи, волокна, пленки, резиновые материалы и т.п.

Чтобы разобраться в свойствах и возможностях применения полимерных материалов, необходимо ознакомиться с особенностями их строения, структуры и свойств.

Строение и структура полимеров

Полимерами называются соединения, в которых более или менее регулярно чередуются большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в линейные или разветвленные цепи, а также в пространственные сетки.

... - А - А - А - А - ... [А]_n

Многократно повторяющиеся группировки называются мономерными звеньями, а большая молекула, составленная из звеньев - макромолекулой или полимерной цепью. Число звеньев в цепи - степень полимеризации и обозначается буквой “n”. Название полимера складывается из названия мономера и приставки “поли”.

этилен полиэтилен

Полимеры, построенные из одинаковых мономеров, называются гомополимерами. Полимеры, построенные из полимерных звеньев нескольких типов называются сополимерами.

Переход от низкомолекулярного соединения к полимеру происходит в результате роста числа повторяющихся звеньев. При этом существенно меняются физические и химические свойства, но при достижении определенного значения “n” они практически перестают изменяться несмотря на дальнейшее увеличение числа звеньев и с этого момента соединение становится полимером.

Промежуточное положение между низко- и высокомолекулярными соединениями занимают соединения, называемые олигомерами (олиго - немного), которые проявляют свойства характерные как для мономеров, так и для полимеров. Реакционноспособные олигомеры способны образовывать высокомолекулярные или сшитые полимеры. Полимерами могут служить низкомолекулярные каучуки, эпоксидные, фенолоформальдегидные смолы и др. При получении полимеров применяют и другие соединения - катализаторы, инициаторы, растворители и т.п.

По сравнению с низкомолекулярными соединениями полимеры обладают рядом особенностей: они могут находиться только в конденсированном твердом или жидком состоянии; растворы полимеров имеют высокую вязкость; при удалении растворителя полимеры выделяются не в виде кристаллов, как низкомолекулярные соединения, а в виде пленок; полимеры можно переводить в ориентированное состояние; для многих полимеров характерны большие обратимые деформации и т.п.

Специфические свойства полимеров обусловлены особенностями их структуры, знание основных параметров которой необходимо для создания научно обоснованных методов их регулирования.

Структурой полимера называется устойчивое расположение в пространстве всех образующих его элементов, их внутреннее строение и характер взаимодействия между ними.

В полимерах структурными элементами являются макромолекулы, которые стремятся занять наиболее энергетически выгодное положение друг относительно друга, образуя надмолекулярную структуру.

ЛЕКЦИЯ № 2

Поиск по сайту: