Понятие о неметаллических материалах и классификация полимеров

Понятие о неметаллических материалах и классификация полимеров

• Понятие классификации с неметаллическими материалами Полимер Полимер-это вещество, полимер которого состоит из ряда элементарных единиц (мономеров) одинаковой структуры. Молекулярная масса находится в диапазоне от 5 000 до 1 000 000In 0,378 крупных макромолекул, свойства веществ определяются не только химическим составом этих молекул, но и их относительным расположением и структурой. Полимерная макромолекула представляет собой цепь, состоящую из отдельных звеньев. Цепь имеет поперечное сечение в несколько ангстремов и длину в несколько тысяч ангстремов. Именно поэтому полимерные полимеры характеризуются гибкостью (ограниченной размером сегмента-жесткого участка, состоящего из нескольких звеньев).1. гибкость макромолекулы является одной из выдающихся характеристик полимера.

Атомы в основной цепи связаны сильной химической (ковалентной) связью. Энергия химической связи (ккал / моль) составляет 80 для C-C, 79 для C-O, 66 для C-N. например, интенсивность межмолекулярных связей электростатической природы не превышает 9 ккал / моль. Однако в реальном полимере такая суммарная сила важна, так как цепной полимер очень велик. Наиболее сильное межмолекулярное взаимодействие реализуется через водородные связи (они в 4-10 раз слабее ковалентных связей).Таким образом, молекулы полимера характеризуются сильной связью самого полимера и относительно слабой связью между ними. them. In некоторые полимеры, сила химической связи действует между единицами, которые составляют соседние полимеры.

Такие вещества характеризуются высокими характеристиками по всем направлениям. ■ Людмила Фирмаль

Полимерные полимеры с одинаковым химическим составом обычно имеют разные размеры. Это явление, вызывающее дисперсность физико-механических свойств материала, называется полидисперсностью. Полимеры могут быть построены из мономеров одинаковой химической структуры или неоднородных units. In в первом случае соединение называют гомополимером (или полимером), а во втором-сополимером. Полимер вещества может состоять из крупных химически однородных сегментов (блоков) различного состава (блок-сополимеров) попеременно расположенных рядом. В процессе синтеза возможно»прививание«сегментов из других мономеров в основную цепь, состоящую только из мономеров, после чего получают так называемый привитый сополимер. Если основная цепь состоит из одних и тех же атомов, то полимер называют гомо-цепью из разных-гетеро-цепей. Большое значение имеет стереорегулярность полимера, когда все звенья и заместители расположены в пространстве в определенном порядке. Эго придает материалу повышенные физико-механические свойства (по сравнению с нерегулярными полимерами).

В природе существуют такие полимеры, как натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест и природный графит. Но основную группу составляют синтетические полимеры, которые получают в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений. Возможность создания новых полимеров и изменения характеристик существующих очень велика. Синтез может также производить полимеры с различными свойствами и создавать материалы с заданными свойствами. 379 полимер classification. It можно классифицировать по различным критериям(состав, форма полимера, фазовое состояние, полярность, отношение к нагреву), что удобно для изучения взаимосвязи между составом, структурой и свойствами полимера. polymer. By по составу все полимеры делятся на органические, органические элементы и неорганические. Органические полимеры составляют самую большую группу соединений. Если основные молекулярные цепи таких соединений образованы только атомами углерода, то их называют углеродными цепными полимерами.

• Атомы углерода соединены с атомами водорода или органическими радикалами. Н. …- С-С-С-С-С-С——- Р. В гетерофазных полимерах атомы других элементов, присутствующих в основной цепи помимо углерода, значительно изменяют свойства полимера. Поэтому в полимерах атомы кислорода повышают гибкость цепей, повышают эластичность полимеров(например, в случае волокон и пленок), атомы фосфора и хлора повышают огнеупорность, а атомы серы придают газонепроницаемость(для герметиков, резины), радикалы фтора, полимеры обладают высокой химической стойкостью и др. Некоторые углеродные и гетероструктурные полимеры имеют сопряженную систему. Например、 … СН = СН-СН = СН-СН = с N … Или Энергия сопряженной связи на 100-110 ккал / моль выше, чем одиночной, поэтому такие полимеры более стабильны при нагревании. Органические полимеры-это смолы и каучуки. Соединения органических элементов содержат в основной цепи неорганические атомы кремния, титана, алюминия и других элементов, которые связываются с органическими радикалами (метил, фенил, этил).

Органические радикалы прочность материалов и Статическая природа неорганических атомов сообщает об улучшенном тепловыделении resistance. In в природе такие соединения не встречаются. Представителем этой группы был советский ученый К. А, представляющий собой кремнийорганическое соединение, разработанное А. Андрианов. Эта структура. Основная форма соединения: существует сильная химическая связь между атомами кремния и кислорода. Энергия силоксан-связанного Si-O составляет 89,3 ккал / моль. Поэтому, чем выше термостойкость каучука из органической Кремниевой смолы, тем эластичнее и эластичнее они ниже, чем у органических материалов. Полимеры, содержащие Титан и кислород в основе, называются полихитоксанами. Неорганические полимеры включают силикатное стекло, керамику, слюду и asbestos. In в составе этих соединений отсутствует углеродный скелет.

Основу неорганического материала составляют кремний, алюминий, магний, кальций и другие оксиды. Силикат имеет 2 типа связей. Людмила Фирмаль

Атомы в цепи соединены ковалентной связью (Si-O), а цепи соединены ионными связями. Свойства этих веществ могут изменяться в широком диапазоне, например, для получения волокнистой или эластичной пленки из минерального стекла. Отличительной особенностью неорганических полимеров является высокая плотность и длительная высокая термостойкость. Однако стекло и керамика хрупкие и плохо устойчивы к динамическим нагрузкам. Неорганические полимеры также включают графит, который является полимером углеродной цепи. В некоторых технических материалах используются как отдельные типы полимеров, так и комбинации полимеров различных групп. Такой материал называют композитным (например, стекловолокном). Особенность свойств полимеров обусловлена структурой их macromolecules. In по форме полимеров полимеры делятся на линейные(цепные), разветвленные, плоские, ленточные (лестничные), пространственные или сетчатые. Линейный полимер представляет собой длинную зигзагообразную или спиральную обмотку цепи(рис. 185, а).

Гибкие макромолекулы с высокой прочностью вдоль цепи и слабыми межмолекулярными связями обеспечивают эластичность материала, способность нагреваться и размягчаться, способность охлаждаться и снова затвердевать. Многие из таких полимеров растворимы в растворителях. На физико-механические и химические свойства линейных полимеров оказывает влияние плотность упаковки молекул на единицу объема. И когда я набил его、 Рисунок 185.Морфология полимерных макромолекул： «- Линейный; б-разветвление; в-лестница; Г-пространство, сетка; д-паркет» Чем сильнее межмолекулярное притяжение, тем выше плотность, прочность и температура размягчения, а также меньше растворимость.

Линейные полимеры идеально подходят для производства волокон и пленок (полиэтилен, полиамид и др.). Ветвление макромолекул полимеров также линейно и отличается наличием боковых ветвей. Эти бифуркации препятствуют плотной упаковке полимера и обеспечивают плотную упаковку. Разветвленные привитые полимеры-это те, которые имеют тот же состав, что и основная цепь, и редко размещаются боковые ветви. Это позволяет изменять свойства полимера (рис. 185.6) в широком диапазоне (прочность, растворимость). ■1 -, * ступенчатый полимерный полимер (рис. 185; В) состоит из 2 цепей, Соединенных химическими связями. ） Когда полимер связан («сшит») сбоку сильной химической связью непосредственно или через химический элемент или радикал, пространственный или сшитый полимер является formed. As в результате такого сочетания полимеров образуется сетчатая структура, отличающаяся плотностью сети(рис. 185, г).

Редкие сетчатые (сетчатые) полимеры теряют способность растворяться и плавиться и обладают эластичностью (например, мягкая резина).Плотные сетчатые (пространственные) полимеры отличаются своей твердостью, повышенной термостойкостью и нерастворимостью. Иногда формирование пространственной структуры даже сопровождается развитием хрупкости (смола участка ступени).Пространственные полимеры являются основой конструкционных неметаллических материалов. Сшитые полимеры также включают слоистые полимеры с плоским, двумерным structure. An примером такого полимера является графит. Пластинчатая (паркетная) структура показана на рисунке. 185.6. В зависимости от фазового состояния полимеры делятся на аморфные и кристаллические. В. А. Каргин, А. И… Китайгородский и Г. Л. результаты рентгеновской и электронной микроскопии по Как правило, слонимески, которые являются макромолекулами в полимерах, расположены не хаотично, а имеют регулярное относительное положение.

Структура Он возникает в результате различного укладки молекул, называемых супрамолекулами. Порядок структурообразования определяется гибкостью линейных и разветвленных (с короткими ответвлениями) макромолекул, изменением их формы, способностью к перемещению частей. Большое влияние оказывают жесткость цепи и сила притяжения между молекулами. Аморфные полимеры являются однофазными и построены из цепных молекул, собранных в пачки. Шайба состоит из многочисленных рядов макромолекул, расположенных одна за другой в последовательности. Пакет может двигаться 382. 186.Супрамолекулярная структура полимера• * а-фигура однопластинчатого Кристалла. б-сферолитная схема; рисунок фибриллы, состоящей из 3 микрофибрилл Поскольку соседние элементы являются структурными элементами, они относительны. 。Аморфные полимеры также могут быть построены из спиральных нитей, так называемых глобул.

Сферическая структура полимера обладает низкими механическими свойствами (хрупкое разрушение вдоль края глобулы).при высоких температурах микросферы расширяются в линейную структуру, что способствует повышению механических свойств полимера. Проблема супермолекулярной структуры некристаллического полимера разрабатывается редко. Структура этих полимеров различна, они термодинамически неустойчивы и характеризуются относительно коротким сроком службы. Если полимер достаточно гибкий и имеет регулярную структуру, образуется кристаллический полимер. Тогда при соответствующих условиях возможны фазовые переходы внутри пакета и образование пространственных кристаллических решеток. 。Гибкий пакет сложен в ленту путем поворачивать пакет 180°С повторно. Затем ленты, соединенные между собой на плоской поверхности, образуют пластину(рис.186, а).Эти пластины слоятся и становятся правильными кристаллами.

Если трудно сформировать регулярные объемные кристаллы из мелких структурных элементов, возникает сферолит 381 (рис. 186.6).Процесс ориентирования гибкого цепного полимера приводит к образованию фибриллярной структуры, состоящей из микрофибрилл (рис.186, f).Аморфная область находится между микрокристаллами[1]. Кристаллическая структура является дискретной, организованной и термодинамически стабильной. Если нет внешнего силового поля, его срок службы составляет t — > co. Кристаллизованными полимерами являются полиэтилен, полипропилен, полиамид и др. Кристаллизация осуществляется в определенном температурном диапазоне. При нормальных условиях полной кристаллизации не происходит occur. In в связи с этим в реальных полимерах структура обычно состоит из 2 фаз. Наряду с кристаллической фазой существует также аморфная фаза. Кристалличность улучшает термостойкость, Жесткость и прочность полимера. Супрамолекулярная структура передает механические и физические свойства полимера.

В процессе переработки, а также в условиях длительного хранения и эксплуатации надмолекулярные структуры могут претерпевать спонтанные или вынужденные изменения. По полярности полимеры подразделяются на полярные и неполярные. В неполярных молекулах электронное облако, связывающее атомы, равномерно распределено между ними. atoms. In таких молекул, центр тяжести которых противоположен заряду coincides. In полярные молекулы, все электронное облако смещается в сторону более электроотрицательных атомов. Центр тяжести противоположного заряда не совпадает. Полярность вещества оценивается дипольным моментом q, который равен произведению элементарного заряда (заряда электрона) q на расстояние между всеми положительными зарядами и центром тяжести всех отрицательных зарядов/.Следовательно,\ l = q-l. электронный заряд q-4.8-10_ 10 Эл.- st. расстояние I составляет около 10 «8 см(1 A).

Значение дипольного момента составляет около 10 » 18 Эл.- это st. см. блок это значение также называется блоком устройства (D). Например, для связи C-H. С-N, С-О, С-F, С-C1c равны каждому 0. 2 в. 0.4; 0.9; 1.83; 2.05 Д. Первым условием полярности полимера является наличие в нем полярных связей (Группы C1, F, OH), а вторым-асимметрия структуры полимера. Неполярные полимеры имеют симметричное расположение функциональных групп, поэтому дипольные моменты атомных связей взаимно компенсируются. Например, ’1) неполярный: полиэтилен [- СН2-СН2 -]» — молекула симметрична. Полипропилен [- CH2-CHCH3—дипольный момент CH и C-CH3 равны. Дипольный момент связи фторопласт-4 [-CF2-CF2-]»-C — F значителен, и сумма моментов равна нулю. 2) полярность: поливинилхлорид [- CH2-CHC1 -], — молекулы асимметричны, дипольный момент C-H (0,2 D)и C-C1 (2,05 D) взаимно не компенсируются.

Полярность сильно влияет на свойства polymer. So; неполярные полимеры (в основном на основе углеводородов) являются высококачественными высокочастотными диэлектриками. Физико-механические свойства неполярных полимеров при низких температурах Температура немного падает, и такой материал морозостойкий (например, полиэтилен не становится хрупким до температуры −70°С).Полярность, которая увеличивает силу межмолекулярного притяжения, придает полимеру жесткость, термостойкость. Однако диэлектрик на основе полярного полимера может функционировать без потерь только в ограниченном диапазоне частот (низкая частота). кроме того, полярные полимеры характеризуются низкой морозостойкостью (например, поливинилхлорид при температурах от −10 до −20°). Все полимеры для нагрева делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичный полимер при мягком нагревании! Он также плавит гайти. Затвердевает при охлаждении; этот процесс обратим. То есть материал не будет подвергаться дальнейшим химическим превращениям.

Структура полимера таких полимеров линейная или разветвленная. Примерами термопластов являются полиэтилен, полистирол, полиамид и др. Термореактивный полимер на первой стадии образования имеет линейную структуру, он размягчается при нагревании, затвердевает за счет химической реакции и остается твердым (образуется пространственная структура).Отвержденное состояние полимера называют термической стабильностью. Примерами термореактивных смол являются фенолформальдегид и глипталевая кислота.

Смотрите также:

Материаловедение — решение задач с примерами

Особенности свойств полимерных материалов	Антифрикционные сплавы на оловянной, свинцовой и цинковой основах (подшипниковые сплавы)
Свойства пластмасс	Порошковые материалы (порошковая металлургия)