Оглавление:
Молекулярная структура полимеров
- Молекулярная структура полимеров Полимер-это вещество, макромолекулы которого состоят из множества повторяющихся элементарных единиц, представляющих одну и ту же группу атомов. Молекулярная масса таких молекул составляет 500-1000 000. Сегмент Но «„С.“™». .. sn31n SN3N н н н н н я г Боковая группа м n n: CH3N I n Схема соединения основного контура. 9.1. Схема строения линейных макромолекул В молекулах полимеров различают основную цепь, которая состоит из большого количества атомов.
Боковые цепи имеют гораздо меньшую длину. Принципиальная схема строения линейной макромолекулы показана на рисунке. 9.1. В боковой цепи заместителем атома водорода является химический радикал-CH3; — C3H;-C6H5 или функциональная группа — Coon; — OH; — NH2 и тому подобное. Полимер, основная цепь которого содержит те же атомы, называется гомоцепным, а если это атом углерода-карбоцепным. Полимеры в главной цепи содержат различные атомы, называемые гетерами Отаниеми. Например, Полиформальдегид, содержащий гетероатомы кислорода в основной цепи,
Он также имеет полиамид 216а (нейлон, нейлон), основную цепную группу о Амида — ЧН.- Людмила Фирмаль
Содержится в основной цепи гетероатомов азота. Помимо атомов углерода в основной цепи полимер, содержащий другие атомы, отличается от полимера с углеродной цепью более широким спектром свойств. Атомы основной цепи соединены сильными химическими ковалентными связями, энергия которых составляет 330-360 кДж / моль. По форме полимерный полимер делится на линейный, разветвленный, плоский, ленточный, пространственный или сетчатый (рис. 9.2).
Линейный полимер полимер-скрученный в длинный зигзаг и Но В г Рис 9.2 форма макромолекулы полимера: а-Линейная; б-ветвь; в-лестница; Г-сетка; Д-пространство; е-паркет 217 спиральных цепей(рис. 9.2, а). Длина линейной макромолекулы в несколько тысяч раз превышает ее поперечное сечение. Таким образом, макромолекулам присуща гибкость, которая ограничивается жесткими частями-сегментами, состоящими из нескольких звеньев. Такие макромолекулы обладают достаточно высокой прочностью вдоль основной цепи, слабо связаны между собой и обеспечивают высокую эластичность материала.
- Нагрев смягчает, а последующее охлаждение-вызывает затвердевание полимера (полиамида, полиэтилена). Разветвленные макромолекулы содержат боковые ветви(рис. 9.2, б) затрудняет конвергенцию макромолекул и уменьшает межмолекулярные взаимодействия. Полимеры с аналогичной формой макромолекул характеризуются снижением прочности, повышением плавкости и рассыпчатости. Межмолекулярные взаимодействия обладают физическими свойствами. Энергия этой связи достигает 5-40 кДж / моль. Сшитые формы полимера (лестница, сетка, фиг. 9.2, b, d) является особенностью полимеров, которые являются более прочными, нерастворимыми и неплавящимися, и имеют тенденцию набухать в растворителях и размягчаться при нагревании.
Сшитый полимер, имеющий трехмерную форму полимера(фиг. 9.2, д) характеризуется высокой устойчивостью к хрупкости и внешним воздействиям (неспособностью размягчаться и набухать). Полимерные макромолекулы обладают гибкостью. Рис 9.3. Схема вращения звеньев цепи для химических связей в молекулах полиэтилена Смещение отдельных участков относительно друг друга. Сегмент, состоящий из нескольких звеньев основной цепи-гибкость ограничивается жесткими участками.
Сегменты гибких макромолекул содержат 10-20 звеньев. Людмила Фирмаль
На гибкость полимера влияет, с одной стороны, тепловое движение атома, а с другой-энергия связи межмолекулярного взаимодействия. Тепловое движение молекулы полимера связано с изменением ее формы и заключается во вращении атомов относительно друг друга на определенный валентный угол(рис. 9.3). В результате полимерная цепь редко бывает очень вытянутой и часто имеет зигзагообразную или сферическую форму. Многие свойства полимеров связаны с гибкостью макромолекул: обратимой высокомодульной деформацией, ползучестью, достигающей нескольких сотен%. Наиболее ярко высокая эластичность проявляется в резине и резине.
Увеличение химической связи между макромолекулами значительно влияет на ее гибкость. Итак, натуральный каучук, 218 вулканизированные 3%серы, имеет 800-900% относительное удлинение при растяжении, прочность 29-32 МПа. Эбонит, который является тем же каучуком, но затвердевает до 30% серы, имеет относительное удлинение при растяжении менее 20% и прочность на растяжение 52-54 МПА. Вулканизирующий агент-увеличивая количество серы, мы тем самым увеличиваем энергию межатомной связи. Для увеличения энергии межмолекулярных связей полярность полимерного звена может быть увеличена.
По полярности полимер делится на Полярный и неполярный. В полимерах, неполярных полимерах, центр тяжести противоположного заряда одинаков. В полярных макромолекулах центр тяжести электронов смещается в сторону более электроотрицательных атомов, а центр гетерогенного заряда не совпадает. Неполярные полимеры имеют симметричное расположение функциональных групп, а дипольные моменты связей атомов взаимно компенсируются: Полиэтилен фторопласт 4 г м им н н п п ф — В молекуле полярной макромолекулы имеется полярная связь полярной группы (- C1, — F, — OH) или асимметрия ее структуры: В ] Л н КЛ Дж» ПОЛИВИНИЛХЛОРИД Из-за полярности, энергия межмолекулярных связей в поливинилхлориде больше, чем в полиэтилене.
Поливинилхлорид имеет предел прочности при растяжении 100-200 МПа и прочнее полиэтилена (20-45 МПА). Полярные полимеры являются твердыми и термостойкими, но, в отличие от неполярных, их морозостойкость низкая. Полярность полимера можно оценить по величине диэлектрической проницаемости (е). Неполярные полимеры фторопласт и полиэтилен имеют е=2,1, а полярные полимеры-органическое стекло, нейлон-8>3,5 диэлектрической проницаемости. В зависимости от фазового состояния полимер делится на аморфный и кристаллический. Аморфные полимеры представляют собой пучки цепных полимеров. Этот пакет состоит из большого количества колонок макромолекул- 219а Рис. 9.4 прямо из ленты (б), полученной из пакета (в) формирования пластины (а)) Ложитесь один за другим.
Пучок может перемещаться относительно смежных элементов конструкции. Аморфной молекулы могут строить молекулы из вращающихся шариков. Сферическая структура аморфных полимеров придает им низкие механические свойства за счет хрупкого разрушения вдоль границы глобул. Под воздействием температуры глобулы могут распрямляться до прямого образования, что улучшает механические свойства полимера. Макромолекулы кристаллизованных полимеров имеют регулярную структуру и являются достаточно гибкими.
Формирование пространственной решетки кристаллов начинается с перестановки в комплекте. Гибкий жгут (рис. 9.4, а) в результате многократного поворота на 180°, свернутая в ленту(рис. 9.4, б). Ленты, в свою очередь, соединяют плоской стороной друг с другом и образуют пластины(рис. 9.4, а). Такое наложение нескольких пластин приводит к образованию кристаллов. Полимерные кристаллы могут образовываться в результате прямого плавления при охлаждении. Чаще всего расплав полимера с понижением температуры переходит в твердое состояние и сохраняет аморфную структуру жидкости. Это стеклянное состояние полимера является стабильным за счет ингибирования теплового движения, макромолекулярной объемности и значительной вязкости расплава.
Смотрите также:
| Термомеханические свойства полимеров | Жаропрочные сплавы |
| Пластмассы | Термическая обработка жаропрочных никелевых сплавов |
