Физико – механические свойств

Понятие о полимере как о связующем. Физико-механические свойства. Достоинства и недостатки.

Полимеры – это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из большого количества звеньев одинаковой структуры, взаимодействующих друг с другом посредством ковалентных связей с образованием макромолекул.

Свойства полимеров связаны с величиной молекулярной массы, обычно имеют более 5000 единиц, полимеры с меньшей молекулярной массой называются олигомерами.

Увеличение молекулярной массы в макромолекулах, связанной с образованием длинных цепей, обуславливает их особые свойства:

· образец полимера, состоящий из макромолекул разной структуры, характеризуется, как правило, средней молекулярной массой и средней степенью полимеризации;

· плохая растворимость; набухание в растворителях, предшествующее растворению;

· образование пленок и волокон при удалении растворителя, а не кристаллов;

· три физических состояния – стеклообразное, высокоэластичное, вязкотекучее;

· невозможность перегонки и перекристаллизации;

· большое разнообразие свойств, обусловленное строением или введением незначительных количеств добавок.

Полимеры могут быть природными (например, целлюлоза, лигнин, каучук), искусственными (полученные модификацией природных, например, карбоксиметилцеллюлоза КМЦ) и синтетическими (полученные синтезом, например, поливинилхлорид, полистирол).

Механические свойства определяют степень изменения структуры, разме-ров, формы тела при воздействии на него механических сил. Все механи-ческие свойства полимерных материалов классифицируют на деформа-ционные и прочностные свойства.

Способность к большим обратимым деформациям является характер-ным свойством полимерных материалов. Это свойство характеризует внутреннюю реакцию полимера на внешнее воз­действие, выражающуюся в деформации — изменении формы по­лимерного образца. Деформационные и прочностные свойства полимеров зависят от размеров и гибкости макро-молекул, межмолекулярного взаимодействия, температуры, физического и фазового состояния полимеров и других факторов.

Положительные свойства:

1. Малая средняя плотность при высокой прочности: от 10 до 2200 кг/м.

2. Коэффициент конструктивного качества – высокий у конструкционных композитов: 1-2. Слоистые пластики из которых можно создавать прочные и легкие материалы.

3. Коэффициент теплопроводности невелик.

4. Водостойкость к действию растворов солей, кислот, щелочей высока.

5. Способность окрашиваться в различные цвета.

6. Низкая истираемость.

7. Высокие оптические свойства у некоторых видов композитов.

8. Высокая технологичность, т.е. легкость переработки.

9. Наличие неограниченных ресурсов дешевого сырья.

Недостатки:

1. Низкий предел теплостойкости: интервал работы от -60 до +200.

2. Низкая поверхностная твердость, т.е. боязнь надрезов.

3. Ползучесть – особенно выражено у термопластов.

4. Высокая горючесть с выделением вредных газов.

5. Токсичность.

6. Старение – теряют свои свойства при действии температуры, влажности, света, воды, длительного в атмосферных условиях.

Реакциями деструкции называются реакции, протекающие с разрывом связей основной молекулярной цепи и приводящие к понижению молекулярной массы полимера без изменения его химического состава.

Последствиями этих процессов являются изменения физико – химиче-ских и физико - механических свойств полимерных материалов (т.е. они постепенно становятся непригодными к эксплуатации), выделение низко-молекулярных продуктов деструкции, носящие в некоторых случаях токсичный характер.

Деструкция полимеров может протекать под действием химических агентов и физического воздействия. В зависимости от природы воздействия деструкцию классифицируют на химическую (воздействие воды, кислот, щелочей, спиртов), выделяя окислительную (воздействие кислорода), меха-ническую, тепловую и фотодеструкцию (под влиянием света). Знание меха-низма и основных закономерностей протекания процессов деструкции поли-меров необходимо для регулирования этой реакции (в случае эксплуатации полимерных строительных материалов - сведение её к минимуму).

Одним из наиболее разрушительных видов деструкции является окислительная.

2.2. Классификация полимеров: по отношению к нагреванию; по происхождению; по геометрическому строению.

Классификация: –по структуре: полимеры могут иметь линейное, разветвленное или сетчатое (трехмерное) строение, что определяет физико-механические и химические свойства.

–по отношению к нагреванию: полимеры линейного строения плавятся при нагревании с изменением свойств и растворяются в растворителях, а при охлаждении вновь затвердевают. Полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении наз. термопластичными (термопласты). Полимеры с макромолекулами трехмерного строения имеют повышенную устойчивость к термическим воздействиям, не растворяются в растворителях, т.е. не могут обратимо размягчаться при повторном нагревании и носят название – термореактивными (реактопласты).

– по способу получения: полимеризационные полимеры получают в процессе полимеризации мономеров вследствие раскрытия кратных связей и соединения звеньев мономера в длинные цепи. Побочных продуктов не образуется и химический состав мономера и полимера одинаков.

Поликонденсационные полимеры получают в процессе реакции поликонденсации двух или нескольких низкомолекулярных веществ, наряду с основным продуктом образуются и побочные (вода, спирты и т.д.), а химический состав полимера отличается от хим. Состава исходных мономеров.

Синтез полимеров может осуществляться по двум реакциям – процессу полимеризации и поликонденсации.

Мономер – низкомолекулярное соединение, используемое для синтеза макромолекул.

Полимеризация – частный случай реакции присоединения. Она заключается в соединении между собой большого числа мономерных молекул, содержащих кратные связи или напряженные циклы.

Примеры мономеров: СН₂ = СН₂ (этилен), С₆Н₅ – СН = СН₂ (стирол),

СН₂ = СН (СН₃) – СОО – СН₃ (метилметакрилат).

Процесс полимеризации протекает без выделения побочных продуктов, поэтому состав мономера совпадает с составом элементарного звена.

Процесс полимеризации протекает, как правило, по цепному механизму. Процесс цепной полимеризации включает следующие основные стадии: образование активных центров, рост цепи, передача цепи, обрыв цепи.

1) Образование активного центра протекает при взаимодействии инициатора или катализатора с мономером: М ® М*, где М - мономер, М* - частица, содержащая активный центр (радикал или ион). Инициирование может протекать и под физическим воздействием, в этом случае выделяют термическое, радиационное и фото- инициирование.

2) Рост цепи происходит путем присоединения к активным центрам молекул мономера, активный центр при этом перемещается на присоединившуюся молекулу: М* + М ® ММ*

ММ* + М ® МММ*

МММ* + М ® ММММ* и т.д.

3) Передача цепи происходит путем переноса активного центра от растущей полимерной цепи на другую молекулу, например, мономер.

М_nМ* ® М_n + М*

M_nM* + AB ® М_nМA + B*

4). Обрыв цепи заключается в уничтожении (дезактивации) активных центров, он может протекать при взаимодействии активного центра с другой активной частицей или стенкой реактора, молекулой растворителя и т.п.:

М* + М_n М* ® М_n+2

Поликонденсация – процесс присоединения молекул одного или нескольких типов мономеров. Мономеры должны содержать две или более функциональные группы (-ОН, -СООН, -NH₂, -СОН и др.), способные к химическому взаимодействию. При поликонденсации происходит отщепле-ние низкомолекулярных продуктов (Н₂О, НСl и др.), поэтому элементарное звено полимера по элементному составу не соответствует исходному мономеру.

В зависимости от области применения пластмассы делятся:

– на отделочные и декоративные пластмассы (изделия для полов, потолков, стен, лестниц и санузлов; мастики и эмульсии всех видов; архитектурные детали и приборы);

– на тепло- и гидроизоляционные пластмассы;

– на конструктивные пластмассы (панельные ограждения, колонны, кровли и др.);

– на сантехнические пластмассы (водопроводные и канализационные трубы, водосточные желоба, баки для жидкостей, ванны, раковины и пр.).

Одни и те же материалы могут быть отнесены к различным группам. Применительно к строительным материалам следует различать их отношение к условиям эксплуатации: деформационно-прочностные (конструкционные), устойчивые к воздействию тепла, к агрессивным средам и специальным требованиям (гасить шум, вибрацию, удары и др

Дата добавления: 2014-12-16