Газові мережі та устаткування.Властивості полімерів.

                      Властивості полімерів. Будова та термопластичні властивості                                                                   полімерів.

Механічні властивості. Одна з основних особливостей полімерів полягає в тому, що окремі відрізки ланцюгів (сегменти) можуть переміщуватися шляхом повороту навколо з'єднання й зміни кута. Такий зсув не вимагає великої енергії і відбувається при невисокій температурі. У той же час більша довжина скривлених і спіралеподібних молекул, їх розгалуження і взаємна зшивка утруднюють зсув, внаслідок чого полімер набуває властивості твердого тіла.Полімерам поряд зі звичайною пружною деформацією властива високоеластична деформація, що стає переважною при підвищенні температури. Перехід з высокоеластичного стану в склоподібне, що характеризується лише пружною деформацією, називається склуванням. Температура склування різних полімерів перебуває в межах 130...300 ^оС.Найбільш еластичні полімери - еластомери (каучуки) мають модуль пружності E=10 МПа, тому навіть високомодульні полімери уступають за твердостю металам у десятки й сотні разів. Цей недолік вдається значною мірою перебороти введенням у полімер волокнистих і листових наповнювачів.Особливістю полімерів є також те, що їх міцність залежить від часу, тобто гранична деформація встановлюється не відразу після навантаження. Така сповільнена реакція їх на механічні напруження обумовлена інерційністю процесу.

Теплофізичні властивості. Коефіцієнт теплопровідності полімерів значно нижчий, ніж інших твердих тіл, близько 0,2...0,3 Вт/(м·К), тому вони є теплоізоляторами. Висока еластичність полімерів і порівняно невеликий інтервал робочих температур дозволяє широко використовувати їх у вигляді плівок, нанесених на поверхню різних матеріалів.

Діапазон температур, при яких можна експлуатувати полімери без погіршення їх механічних властивостей, обмежений. Теплостійкість більшості полімерів, дуже низка – тільки 320...400 К і обмежується початком розм'якшення (деформаційна стійкість). Крім втрати міцності підвищення температури може викликати й хімічні зміни в складі полімеру, що проявляються як втрата маси. Здатність полімерів зберігати свої сполуки при нагріванні кількісно характеризується відносним зменшенням маси при нагріванні до робочої температури. Припустимим значенням втрати маси вважається 0,1...1 %. Полімери, стійкі при 500 ^оС, вважаються теплостійкими, а при 600...700 ^оС – високонагрівостійкими.

Хімічні властивості. Для полімерів характерна висока стійкість стосовно неорганічних реактивів і менша - до органічних. У принципі, всі полімери нестійкі в середовищах, що мають різко виражені окислювальні властивості, але серед них є й такі, хімічна стійкість яких вища, ніж золота й платини. Тому полімери широко використовуються як контейнери для особливо чистих реактивів і води, захисту й герметизації радіокомпонентів, напівпровідникових приладів й ИС.

Полімери виконують роль захисту металевих поверхонь від корозії у випадках, коли:

товщина шару велика;

полімер пасивує активні (дефектні) центри металу, тим самим придушуючи корозійну дію вологи, що проникає до поверхні металу.

Герметизуючі можливості полімерів обмежені, а їхня дія, що пасивує не є універсальною. Тому полімерна герметизація застосовується в невідповідальних виробах, що експлуатуються у сприятливих умовах.

Для більшості полімерів характерне старіння — необоротна зміна структури й властивостей, що призводить до зниження їх міцності. Сукупність хімічних процесів, що приводять під дією агресивних середовищ (кисень, озон, розчини кислот і лугів) до зміни будови й молекулярної маси, називається хімічною деструкцією. Найпоширеніший її вид – це термоокислювальна деструкція, відбувається під дією окислювачів при підвищеній температурі. При деструкції не всі властивості деградують рівною мірою: наприклад, при окислюванні кремнійорганічних полімерів їх діелектричні параметри погіршуються несуттєво, тому що Si окисляється до оксиду, що є гарним діелектриком.

Електричні властивості. Як правило, полімери є діелектриками, за багатьма параметрами кращими в сучасній техніці. Величина питомого об'ємного опору залежить не тільки від будови, але й від вмісту іонізованих домішок — аніонів Сl^-, F^-, I^-, катіонів Н⁺, Na⁺ та інших, які найчастіше вводяться в смолу разом з модифікаторами й добавками, що сприяють твердінню. Їхня концентрація може бути високою, якщо реакції твердіння не були доведені до кінця. Рухливість цих іонів різко збільшується з підвищенням температури, що приводить до падіння питомого опору. Наявність навіть малої кількості вологи здатна значно зменшити питомий об'ємний опір полімерів. Це відбувається тому, що розчинені у воді домішки дисоціюють на іони, крім того, присутність води сприяє дисоціації молекул самого полімеру або домішок, наявних у ньому. При підвищеній вологості значно зменшується питомий поверхневий опір деяких полімерів, що обумовлено адсорбцією вологи.

Будова макромолекул, характер їхнього теплового руху, наявність домішок або спеціальних добавок впливають на вид, концентрацію і рухливість носіїв. Так, питомий опір поліетилену підвищується в 10...1000 разів після очищення від низькомолекулярних домішок.

З метою одержання матеріалу із заданими механічними, електричними й теплофізичними властивостями широко застосовуються композиції, що складаються з полімеру, наповнювачів та інших добавок. У таких полімерах спостерігається й міграційна поляризація.

Для полімерів характерні процеси нагромадження поверхневих зарядів — електризація. Ці заряди виникають у результаті тертя, контакту з іншим тілом, електролітичних процесів на поверхні. Механізми електризації до кінця неясні. Одним з них є виникнення при контакті двох тіл так званого подвійного шару, що складається із шарів позитивних і негативних зарядів, розташованих один проти другого. Можливо також утворення на поверхні контактуючих матеріалів тонкої плівки води, в якій є умови для дисоціації молекул домішок. При зіткненні або терті руйнується плівка води з подвійним шаром і частина зарядів залишається на роз'єднаних поверхнях. Електролітичний механізм нагромадження зарядів при контактуванні має місце в полімерних матеріалах, на поверхні яких можуть бути низькомолекулярні іоногені речовини - залишки каталізаторів, пилу, вологи.

Технологічні властивості. Приналежність полімерів до термопластичного або термореактивного виду багато в чому визначає і способи їх переробки у вироби. Співвідношення їх випуску приблизно 3:1 на користь термопластичних матеріалів, але слід враховувати, що термореактивні полімери, як правило, використаються в суміші з наповнювачами, частка яких може досягати 80 %. Тому в готових виробах співвідношення виявляється зворотним: більша їх кількість — реактопласти. Це обумовлено високою технологічністю фенолформальдегідних, поліефірних і особливо епоксидних смол. У виробництві останніх одержання полімеру вдається призупинити на початковій стадії, коли молекулярна маса становить усього 50...1000. Такі речовини за довжиною ланцюга середні між мономерами й полімерами, що мають низьку в'язкість, називаються олігомерами. Саме їхня поява зробила в 60-ті роки ХХ ст. переворот у технології переробки полімерів у вироби, що раніше ґрунтувалася на застосуванні тиску.

Якщо вироби на основі термореактивних смол одержують методом гарячого пресування, то композицію, що містить, крім смоли ще рубане скловолокно або який-небудь порошкоподібний наповнювач та інші добавки, готують заздалегідь, вона надходить споживачеві у вигляді гранул або порошку, так званим пресувальним матеріалом або прес-порошком.

Технологічні властивості як термореактивних, так і термопластичних полімерів характеризуються плинністю (здатністю до грузлого плину), усадкою (зменшенням лінійних розмірів виробів стосовно розмірів формуючого інструменту), таблетованість (для прес-порошків).

Незвичайні властивості сумішей рідких смол з дрібнодисперсними наповнювачами, частки яких мають асиметричну форму (тальк, слюдяне борошно, аеросил - колоїдний SiО₂), проявляються в тому, що в спокійному стані вони мають високу в'язкість, властиву гелям, а при механічному впливі (перемішуванні або струшуванні) переходять у рідкий стан. Суміші, що мають цю властивість, називаються тиксотропними. Тиксотропні компаунди знайшли широке застосування для захисту радіодеталей найбільш простим методом - занурення. В'язкість компаунда знижують за допомогою вібрації (нагрівання не потрібно). При витягу деталі з рідкої суміші з одночасним струшуванням, надлишок її стікає, а частина, що залишилася після витягу, знову гелірує, утворюючи рівномірне за товщиною покриття, що не містить міхурів і здуттів, тому що виріб і компаунд не нагріваються. Тиксотропні властивості деяких полімерних композицій використовують також при виготовленні спеціальних фарб і клеїв.

Пластмаси (пластики) - матеріали на основі полімерів, які перебувають у період формування виробів у в’язкотекучому або високоеластичному стані, а при експлуатації - у стлоподібному або кристалічному. У пластмасі поряд з полімером можуть знаходитися наповнювачі, причому в термопласти їх вводять рідше й у меншій кількості, ніж у термореактивні. Тому поняття «термопластичний полімер», «термопласт», «пластик» звичайно збігаються.

Основою так званих «ненаповнених» термопластів є полімери, структура яких майже повністю формується при їхньому синтезі в умовах спеціалізованого хімічного виробництва. Можливості регулювання їх властивостей на стадії виготовлення виробів складаються з несуттєвих змін структури, шляхом відпалу або орієнтації, стабілізації й пластифікації за допомогою добавок, що модифікують і змінюють їх властивості. Такими добавками до полімерів є:

стабілізатори, що підвищують стійкість до термоокислювальних процесів, впливу випромінювання, мікроорганізмів і т.п.;

пластифікатори й еластофікатори, що підвищують плинність у в’язкотекучому стані й еластичність у склоподібному (удароміцність);

легуючі полімери, що змінюють ступінь кристалічності, структуру й властивості матриці;

пігменти для фарбування.

Питання:1.Охарактерізуйте механічні властивості полімерів.

                 2.Охарактерізуйте теплофізичні властивості полімерів.

                 3.Охарактерізуйте хімічні властивості полімерів.

                 4.Охарактерізуйте технологічні властивості полімерів.