План

1. Структура высокополимеров
2. Кристаллическое и аморфное строение полимеров
3. Физические состояния полимеров
4. Старение полимеров
5. Пластические массы
6. Слоистые пластмассы
7. Термореактивные пластмассы – прессопрошки и прессматериалы
8. Термопласты литьевые, пленочные и листовые
9. Газонаполненные материалы

ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ

Производство полимеров с высокими физико-химиче­скими, механическими и технологическими свойствами способствует широкому внедрению этих перспективных материалов во многие отрасли техники, способствует совершенствованию конструкций, снижению себестои­мости продукции, повышению производительности труда.

Бурное развитие производства полимеров определя­ется неограниченными запасами сырья, легкостью пере­работки в изделия комплексом ценных свойств.

СТРУКТУРА ВЫСОКОПОЛИМЕРОВ

Пластические массы или просто пластмассы (ПМ)— это материалы на основе природных или синтетических высокомолекулярных соединений. Высокомолекулярные соединения являются смесью полимеров с различным молекулярным весом, относящихся к одному гомоголо-гическому ряду.

Химическое строение, молекулярный вес, структура цепи и взаимное расположение молекул определяют свойства высокомолекулярных соединений.

Макромолекулы высокомолекулярных соединений могут иметь линейную, разветвленную или пространст­венную структуру (рис. 423).

Макромолекулы линейных полимеров представляют собой цепи, имеющие длину, в сотни и тысячи раз превышающую размеры поперечного сечения.

При разветвленной структуре полимера макромоле­кулы имеют боковые ответвления, длина и число кото­рых могут быть различными,

Линейные и разветвленные полимеры построены из отдельных макромолекул, связанных между собой меж- молекулярными силами, величина которых в значитель­ной степени определяет технические свойства вещества. Такие полимеры эластичны, плавятся или размягчаются при нагреве и при охлаждении снова переходят в твер­дое состояние. Линейные и разветвленные полимеры являются основой тер­мопластичных пластмасс (термопластов).

Пространственные (сшитые, сетчатые) структуры получаются либо сшивкой отдельных линейных цепей полиме­ров, либо в результате поликонденсации и поли­меризации. При частом расположении попереч­ных связей полимер становится полностью неплавким и нерастворимым. При редких связях возможно некоторое набухание под воздействием растворителя и незначи­тельное размягчение при нагреве. Полимеры, способные образовывать пространственные структуры, являются ■ основой термореактивных пластмасс (реактопластов),

КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ И АМОРФНОЕ СТРОЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ

Каждая молекула полимера является длинной цепью, состоящей из отдельных звеньев, однотипных по химическому составу и строению (гомополимер) или разнотипных (сополимер). В зависимости от степени упорядочения и плотности взаимного расположения це­пей и звеньев полимер может находиться в частично кристаллическом и в полностью аморфном состояниях. Кристаллические полимеры имеют участки молекул разрыхленной упаковки, которые составляют его аморфную фазу.

Кристаллическая фаза оказывает большое влияние на физико-механические свойства. При переходе поли­мера из аморфного в кристаллическое состояние повы­шается прочность на разрыв, твердость, теплостой­кость. Кристаллическая структура увеличивает межмо-

лекулярное взаимодействие, снижая гибкость молекул, увеличивает температуру перехода в вязко-текучее со­стояние.

Отношение объема всех кристаллических областей полимера к общему объему называется степенью кри­сталличности. Степень кристалличности может быть бо­лее 90%. Высокую степень кристалличности (60— 80%) имеют фторопласты, полипропилен, полиэтилен высокой плотности (ВП), поликарбонаты. Поливинил-хлорид, полиэфиры, полиамиды и полиэтилен низкой плотности имеют меньшую степень кристалличности.

Аморфная фаза уменьшает жесткость системы, де­лает ее эластичной. Это используют в некоторых техно­логических процессах для повышения эластичности из­делий, проводя «закалку» полимера быстрым охлажде­нием расплава и, таким образом, искусственно затрудняют кристаллизацию.

Кристаллизация расплава полимера происходит при температуре несколько ниже температуры плавления (7пл). При охлаждении тепловая энергия движения цепных молекул и их звеньев уменьшается и происхо­дит закрепление молекул и их звеньев в некотором упорядоченном положении. При кристаллизации резко изменяется удельный объем вещества и ряд других свойств.

Способность полимера к кристаллизации опреде­ляется его химическим строением, структурой цепи и ее гибкостью.

Аморфное твердое состояние полимера имеет фикси­рованное, но разрыхленное расположение макромоле­кул, несколько большую (по сравнению с кристалличе­скими полимерами), но ограниченную подвижность звеньев, которая обусловливает упругие деформации. Такое состояние полимеров иногда называют стеклооб­разным, а переход в это состояние —стеклованием.

Температура, при которой вязкость полимера дости­гает 1013 П, является температурой стеклования. Прак­тически стеклование протекает постепенно, в интервале температур. Для большинства полимеров этот интер­вал составляет 15—25° С. Температура стеклования определяет морозостойкость и теплостойкость поли­меров.

Температура стеклования всегда ниже температуры кристаллизации. При быстром охлаждении кристаллизующегося в нормальных условиях полимера до тем» пературы стеклования получают аморфные полимеры. В табл. 22 приведены температуры фазовых и агре­гатных переходов для некоторых термопластов.

Физические состояния полимеров

Полимеры могут находиться в двух агрегатных со­стояниях: твердом (кристаллическом или аморфном) и жидком (вязко-текучем). В парообразное состояние по­лимеры не переходят, так как давление паров полиме» ров незначительное и при нагреве выше определенных температур они разлагаются.

Твердые аморфные полимеры переходят в жидкое состояние через промежуточное— высокоэластичное со? стояние. Высокоэластичное состояние наступает при нагреве выше температур стеклования. Око характери* зуется подвижностью участков цепи (звеньев или групп звеньев) при отсутствии перемещения цепи в целом. Так как кристаллические полимеры имеют объемы с аморфной фазой, то и их переход в жидкое состояние

происходит через зону высокоэяастичного состояния. При повышении температуры увеличивающаяся энергия теплового движения макромолекул, превышает силы межцолекулярного взаимодействия и твердый по­лимер переходит в жидкое (вязко-текучее) состояние. Так как в вязко-текучем состоянии макромолекулы име­ют возможность свободно перемещаться при действии незначительного усилия и без нарушения химических связей, то это состояние полимеров имеет большое практическое значение для технологических процессов переработки пластмасс в изделия.