16. Физические состояния полимеров. Характерные участки и температурные переходы термомеханической кривой полимера.

Для аморфных полимеров известны три физических состоя­ния, обусловленных гибкостью длинных цепных молекул: стек­лообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.

Стеклообразное состояние, наблюдаемое при понижен­ных температурах, характеризуется отсутствием сегментальной подвижности в аморфном полимере, так как количество тепло­вой энергии недостаточно, чтобы обеспечить перемещение сег­мента из одного положения в другое. В таком состоянии поли­мер может пребывать практически неограниченно долго.

По мере повышения температуры «размораживается» сегмен­тальная подвижность, и полимер переходит в высокоэла­стическое состояние. Это выражается в том, что макромоле­кулы стремятся принять самые разнообразные конформации, соответствующие различным положениям звеньев в пространст­ве. Наряду с двумя крайними конформациями – полностью вы­прямленной и полностью свернутой – существует множество конформации, обусловленных разной степенью свернутости макромолекул. Этим объясняется тот факт, что полимер в высо­коэластическом состоянии может претерпевать при деформации значительные относительные удлинения, а после снятия нагруз­ки сокращается до исходных размеров.

Дальнейший нагрев аморфного полимера приводит к перехо­ду его в вязкотекучее состояние, когда полимер приобрета­ет способность необратимо течь под воздействием даже сравни­тельно небольших внешних воздействий. Это обусловлено ин­тенсивным движением отдельных звеньев, сегментов и переме­щением молекул как единого целого.

Переход полимера из одного физического состояния в другое обычно происходит в некотором интервале температур, поэтому за температуру перехода принимают среднее значение этого ин­тервала. Эти переходы хорошо обнаруживаются при регистрации зависимостей деформации полимера от температуры, которые называют термомеханическими кривыми.

В общем случае на термомеханической кривой можно выде­лить три участка, соответствующие указанным физическим состояниям полимера (рис. 5.). Участок I, соответствующий стек­лообразному состоянию, характеризуется большими значениями модуля упругости и небольшими упругими деформациями. Кон­цу участка соответствует температура стеклования Т_C, при кото­рой полимер переходит из стеклообразного состояния в высоко­эластическое и обратно. Высокоэластическому состоянию (участок II) отвечают значительные обратимые деформации и небольшие значения модуля упругости. Участок III соответству­ет вязкотекучему состоянию, сопровождающемуся падением мо­дуля упругости практически до нуля и резким увеличением де­формации с ростом температуры. Вязкое течение начинает осу­ществляться при температуре текучести Т_Т и продолжается вплоть до температуры разложения Т_Р.

Рис. 5. Термомеханическая кривая (1) и изменение модуля упругости в зависимости от температуры (2) для аморфного полимера.

17. Определение, состав и классификация пластмасс.

Пластмассами принято называть многокомпонентные системы, состоящие из полимера, являющегося основным ком­понентом, и добавок.

Добавки, которые вводят в смеси при изготовлении пластмасс, служат для придания им свойств, которыми должны обладать гото­вые изделия, или для облегчения их переработки. Они могут выполнять роль наполнителей, вспенивающих агентов, пластификаторов, стабилизаторов, красителей, смазок и т.д. В качестве добавок исполь­зуют вещества, имеющие полимерную или мономерную природу и находящиеся в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Стабилизаторы (термостабилизаторы и антиоксиданты) служат для повышения стойкости пластмасс к воздействию све­та, солнечной радиации, тепла, кислорода воздуха и других фак­торов, способствующих развитию цепной реакции деструкции (разложения) полимера.

Пластификаторы улучшают технологические и эксплуа­тационные свойства полимеров (повышают текучесть, способ­ность перерабатываться различными методами, пластичность, эластичность и т.д.).

Наполнители, как правило, способствуют увеличению, прочности химической стойкости, улучшению диэлектрических свойств полимеров. Их вводят с целью экономии полимерной, основы композиции, то есть для удешевления материала.

По реакции на нагрев пластмассы делятся на термопластич­ные и термореактивные. Свойства и строение термопластичных пластмасс (термопластов) не изменяются при нагревании и последующем охлаждении. Они могут доводиться до размягче­ния без существенных химических изменений и поэтому свари­ваются между собой. Пластмассы, которые при нагревании при­обретают пространственную структуру, необратимо теряя спо­собность плавиться, называются термореактивными (реактопластами). Реактопласты могут соединяться только за счет реакции активных групп, расположенных на соединяемых поверхностях, которая может быть ускорена введением дополни­тельных веществ.

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.