25. Неметаллические материалы. Полимеры.

Полимеры (греч. πολύ- — много; μέρος — часть) — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, называемых «мономерными звеньями», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико. Во многих случаях количество звеньев может считаться достаточным, чтобы отнести молекулу к полимерам, если при добавлении очередного мономерного звена молекулярные свойства не изменяются.[1] Как правило, полимеры — вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей — реактопласты. К линейным полимерам относится, например, целлюлоза, к разветвленным, например, амилопектин, есть полимеры со сложными пространственными трёхмерными структурами.

В строении полимера можно выделить мономерное звено — повторяющийся структурный фрагмент, включающий несколько атомов. Полимеры состоят из большого числа повторяющихся группировок (звеньев) одинакового строения, например поливинилхлорид (—СН2—CHCl—)n, каучук натуральный и др. Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами или гетерополимерами.

Полимер образуется из мономеров в результате реакций полимеризации или поликонденсации. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, каучук и другие органические вещества. В большинстве случаев понятие относят к органическим соединениям, однако существует и множество неорганических полимеров. Большое число полимеров получают синтетическим путём на основе простейших соединений элементов природного происхождения путём реакций полимеризации, поликонденсации и химических превращений. Названия полимеров образуются из названия мономера с приставкой поли-: полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат и т. п.

26. Пластмассы. Состав и классификация.

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50—250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

По физико-механическим свойствам все пластмассы разделяют на пластики и эластики. Пластики бывают жесткие, полужесткие и мягкие. Жесткие пластики — твердые упругие материалы аморфной структуры с высоким модулем упругости (свыше 1000 МПа) и малым удлинением при разрыве, сохраняющие свою форму при внешних напряжениях в условиях нормальной или повышенной температуры. Полужесткие пластики — твердые упругие материалы кристаллической структуры со средним модулем упругости (выше 400 МПа), высоким относительным и остаточным удлинением при разрыве, причем остаточное удлинение обратимо и полностью исчезает при температуре плавления кристаллов. Мягкие пластики — мягкие и эластичные материалы с низким модулем упругости (не выше 20 МПа), высоким относительным удлинением и малым остаточным удлинением, причем обратимая деформация исчезает при нормальной температуре с замедленной скоростью.

По структуре пластмассы делят на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные). Структура пластмасс зависит от введения в нее наряду с полимером других компонентов. Последнее позволяет делить пластмассы на ненаполненные, газонаполненные, наполненные и составные. Ненаполненные пластмассы состоят из полимера, иногда из красителя, пластификатора и стабилизатора. В газонаполненные кроме указанных материалов входят также воздух или другой газ путем использования добавок газообразующих или воздухововлекающих веществ. В большинстве случаев для изготовления пластмассовых строительных материалов и изделий используют наполненные пластмассы, состоящие из полимера и наполнителя.

По отношению к нагреванию пластмассы делят на термопластичные и термореактивные.

В зависимости от входящих компонентов все пластмассы можно разделить на следующие виды:

пресспорошки волокниты слоистые пластики литьевые массы

По виду связующего материала различают:

а) фенопласты, в которых в качестве связующего используют фенолоформальдегидные смолы;

б) аминопласты, в которых в качестве связующего используют мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы;

в) эпоксипласты, в которых в качестве связующего используют эпоксидные смолы и т. д.

В зависимости от области применения различают пластмассы:

а) общего назначения (пресспорошки);

б) с высокими диэлектрическими свойствами (полиэтилен, полипропилен, полистирол, гетинакс и др.);

в) конструкционные (текстолит, стеклотекстолит, стекловолокнит и др.);

г) обладающие фрикционными свойствами (асботекстолит, асбоволокнит и др.);

д) обладающие антифрикционными свойствами (волокниты, полиамиды, фторопласт и др.);

е) химически стойкие (фторопласт, полиэтилен, полипропилен, винипласт и др.);

ж) теплостойкие (стеклопластики на основе кремнийорганических смол, фторопласты, поликарбонаты и др.);

з) теплоизоляционные, обладающие низким коэффициентом теплопроводности и малой плотностью (газонаполненные пластмассы — пенопласты, поропласты) и т. д.

27. Резиновые материалы.

Резиновые материалы представляют собой сложную смесь разнообразных компонентов, основным из которых является продукт вулканизации каучука.

Резиновые материалы обладают:

1) высокой эластичностью в широких интервалах температур, т. е. способностью существенно изменять форму при приложении внешних сил и восстанавливать эту форму после того, как внешняя сила будет снята; у высокоэластичных резин удлинение при растяжении достигает 700—800% при остаточном удлинении 10%;

2) хорошей вибростойкостью, т. е. способностью поглощать колебания;

3) повышенной химической стойкостью;

4) стойкостью к истиранию;

5) хорошими диэлектрическими свойствами и т. д.

Недостатками резиновых материалов являются: невысокая бензо-и маслостойкость, относительно низкая тепло- и морозостойкость, склонность к старению под воздействием тепла, кислорода воздуха и света. Кроме того, являясь продуктом вулканизации (химического взаимодействия каучука с серой), резина содержит свободную серу, а последняя с течением времени выделяется и вызывает коррозию металлов, контактирующих с резиной.

Резиновые изделия изготовляются из резиновых смесей, в состав которых входят следующие компоненты: каучук, вулканизующие, вещества, ускорители вулканизации, наполнители, противостарители, мягчители, регенерат и красители.

Каучук— основа резиновых смесей, определяющая основные физико-химические и механические свойства резин. Содержаний каучука в смесях от 5 до 92%. В настоящее время в промышленности применяют натуральный каучук растительного происхождения и каучуки, получаемые химическим путем (синтетические).

Из синтетических каучуков наиболее распространены натрий-бутадиеновый, бутадиенстирольный, бутадиеннитрильный, силиконовый, хлоропреновый, полиизопреновый. Чистый каучук не обладает положительными свойствами, присущими вулканизованной резине.

Вулканизация — это физико-химический процесс взаимодействия каучука с вулканизующим веществом, в результате которого происходит изменение свойств каучука: он теряет пластичность, становится эластичным, увеличивается прочность, стойкость к действию химических веществ. Важнейшим вулканизующим веществом является сера. Изменяя содержание серы в составе резиновых смесей, можно получать резину с различной степенью эластичности. Так, например, для получения мягких резин в состав смеси вводят 1—3% серы; полутвердых резин — около 10% серы, а твердых резин (эбонита) — 30—40% серы.

Процесс вулканизации в смесях, содержащих одну серу, протекает медленно (в течение нескольких часов). Для сокращения времени вулканизации вводят химические вещества, называемые ускорителями вулканизации.

В современной практике резинового производства в основном используются органические ускорители (дифенилгуанидин, альтакс, каптакс, тиурам) в количестве 1—2% веса каучука.