КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Органические полимерные материалы
ГРАФИТ Графит является одной из аллотропических разновидностей углерода. Это полимерный материал кристаллического пластинчатого строения. Он образован параллельными слоями гексагональных сеток (плоскостей). Слоистая структура графита и слабая связь между соседними плоскостями обуславливает анизотропию всех свойств кристаллов графита во взаимно перпендикулярных направлениях. Графит не плавится при атмосферном давлении, а при 3700°С сублимирует (испаряется), минуя стадию плавления, с затратой значительной тепловой энергии на этот процесс (жидкое состояние углерода может быть достигнуто лишь при 4000°С и давлении выше 10 МПа). Графит встречается в природе, а также получается искусственным путем. Качества природного графита невысоки, он содержит много примесей, свойства почти изотропны. Поэтому его применяют лишь как антифрикционный материал и в электротехнике. Искусственные виды графита: технический и пиролитический (пирографит). Эти виды графита обладают совершенной кристаллической структурой, высокой анизотропией свойств и являются высокотемпературными конструкционными материалами. В качестве исходных материалов при производстве технического графита применяют твердое сырье - нефтяной кокс и каменноугольный пек в качестве связующего вещества. Заготовки формуются в процессе прессования или протяжки (выдавливания). Процесс графитизации осуществляется путем нагрева заготовок (обожженных при температуре 1200°С) до 3000°С. Технический графит имеет степень анизотропии физико-механических свойств 3:1. Пиролитический графит получается из газообразного сырья. Он представляет собой продукт пиролиза углеводородов (метана), который осаждается на нагретых до 1000 - 2500°С поверхностях формы из технического графита или керамики. Полученные пирографит можно отделить от подложки и получить деталь или наносить его в виде покрытия на различные материалы с целью защиты их от действия высоких температур. Пирографит характеризуется степенью анизотропии, равной 100 (и более): 1.
Промышленностью выпускаются следующие марки графита: ПРОГ на основе нефтяного кокса, ПГ - 50 - пористый пирографит. Графит обладает хорошими антифрикционными свойствами, поэтому он применяется в качестве антифрикционных материалов, основным преимуществом которых является способность работать без смазывания в условиях высоких или низких температур, больших скоростей, агрессивных сред и т.п. Графит применяют в высоконагреваемых конструкциях летательных аппаратов и их двигателей, в энергетических ядерных реакторах, для изготовления неплавящихся электродов при сварке и плавлении металлов и в виде углеграфитовых волокнистых изделий.
Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом синтетические. Создателем структурной теории химического строения органических соединений является А.М.Бутлеров (1826 – 1886 гг.). Промышленное производство первых пластмасс (фенопластов) - результат работ, проведенных Г.С.Петровым (1907 – 1914 гг.). С.В.Лебедевым впервые в мире осуществлен промышленный синтез каучука (1932 г.). Н.Н.Семеновым разработана теория цепных реакций и распространена на механизм цепной полимеризации. В области создания полимерных материалов большой вклад внесен зарубежными учеными: К.Циглером (Германия), Д.Наттом (Италия) и др.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ Полимерами называют вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры. При больших размерах макромолекул свойства вещества определяются не только химическим составом молекул, но и их взаимным расположением и строением.
Макромолекулы полимера представляют собой цепочки, состоящие из отдельных звеньев. Длина цепи в несколько тысяч раз длине их поперечного сечения, поэтому макромолекулам свойственна гибкость. Атомы, входящие в основную цепь, связаны прочной химической ковалентной связью. Полимеры встречаются в природе (натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит). Однако ведущей группой являются синтетические полимеры. Для удобства изучения связи состава, структуры со свойствами полимеров их можно классифицировать по различным признакам: o составу; o форме макромолекул; o фазовому состоянию; o полярности; o отношению к нагреву. По составу все полимеры подразделяют на органические, элементоорганические, неорганические (рассмотрены ранее). Органические полимеры составляют наиболее обширную группу. Если основная группа молекул - углеродные атомы, то они называются карбоцепными полимерами. В гетероцепных полимерах присутствуют атомы других элементов, это приводит к изменению свойств полимера. Например, атомы кислорода повышают гибкость цепи; фосфора и хлора - повышают огнестойкость; сера - газонепроницаемость; фтор - химическую стойкость. Органическими полимерами являются смолы и каучуки. Элементоорганические соединения содержат в составе основной цепи неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами - СH3, C6H5, CH2. Неорганические атомы повышают теплостойкость. Представители элементоорганических соединений - кремнийорганические соединения. Своеобразие свойств полимеров обусловлено структурой их макромолекул. По форме макромолекул полимеры делят на: o линейные (цеповидные); o разветвленные; o плоские; o ленточные (лестничные); o пространственные (сетчатые), (рис. 3.4). Линейные макромолекулы представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки. Обеспечивают эластичность, способность размягчаться при нагреве, а при охлаждении вновь затвердевать (полиэтилен, полиамиды и др.). Разветвляющиеся макромолекулы отличаются наличием боковых ответвлений, что препятствует их плотной упаковке (полиизобутилен).
Рисунок 3.4 – Формы макромолекул полимеров: а – линейная; б – разветвленная; в – лестничная; г – пространственная, сетчатая; д – паркетная
Макромолекулы лестничного полимера состоят из двух цепей, соединенных химическими связями. Обладают повышенной теплостойкостью, большей жесткостью, нерастворимы в стандартных органических растворителях (кремнийорганические полимеры). Пространственные или сетчатые полимеры образуются при соединении макромолекул между собой в поперечном направлении прочными химическими связями, непосредственно или через химические соединения - радикалы. Теряют способность растворяться и плавиться, обладают упругостью (мягкие резины). К сетчатым полимерам относят также пластинчатые (паркетные) полимеры - графит. По фазовому состоянию полимеры подразделяют на аморфные и кристаллические. По полярности полимеры подразделяют на полярные и неполярные. Полярность определяется наличием в их составе диполей - разобщенных центров распределения положительных и отрицательных зарядов. Неполярные полимеры являются диэлектриками, обладают хорошей морозостойкостью. Полярность сообщает полимерам жесткость, теплостойкость, но морозостойкость у полярных полимеров низкая. Все полимеры по отношению к нагреву подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются, даже плавятся, при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Структура таких полимеров линейная или разветвленная. Термореактивные полимеры на первой стадии образования имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, затем, вследствие протекания химических реакций затвердевают (образуется пространственная структура) и в дальнейшем остаются твердыми. Охлажденное состояние называют термостабильным.
ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном, вязкотекучем. Стеклообразное состояние - твердое, аморфное (атомы, входящие в состав молекулярной цепи совершают колебательной движение около положения равновесия; движения звеньев и перемещения макромолекул не происходит).
Высокоэластичное состояние - присуще только высокополимерам. Характеризуется способностью материала к большим обратимым изменениям формы при небольших нагрузках (колеблются звенья, и макромолекула приобретает способность изгибаться). Вязкотекучее состояние - напоминает жидкое состояние, но отличается от него большей вязкостью (подвижна вся макромолекула). С изменением температуры линейный или разветвленный полимер может переходить из одного физического состояния в другое. Полимеры с пространственной структурой находятся только в стеклообразном состоянии. Редкосетчатая структура позволяет получить полимеры в стеклообразном и высокоэластичном состоянии. Различные физические состояния полимера обнаруживаются при изменении его деформации с температурой.
Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 1398; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |