Общие понятия и классификация. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Материаловедение»

ПОЛИМЕРЫ И ПЛАСТМАССЫ

Методические указания к практическим занятиям по курсу «Материаловедение»

для студентов по направлению 653500 «Строительство»

Электронное издание локального распространения

Одобрено

Редакционно-издательским

советом Саратовского

государственного

технического университета

Саратов – 2010

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составители: Мещеряков Дмитрий Васильевич, Тимохин Денис Константинович, Щукин Андрей Иванович.

Под редакцией Мещерякова Д.В.

Рецензент И.В.Хомяков

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77. Научно-техническая библиотека СГТУ тел. 52-63-81, 52-56-01

http://lib.sstu.ru

Регистрационный

номер

© Саратовский государственный

технический университет, 2010

Общие понятия и классификация

Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения (смолы), молекулы которых состоят из многократно повто­ряющихся структурных звеньев.

Простые низкомолекулярные соединения, из которых построены цепи полимеров, а также исходные вещества, образующие полимеры при различных реакциях, называют мономерами.

В зависимости от строения макромолекул различают гомополимеры – соединения, построенные из одинаковых мономеров, и сополимеры – соединения, цепи которых содержат несколько типов мономерных звеньев.

По способу соединения мономерных звеньев различают полимеры линейные, разветвленные и сетчатые. Линейные полимеры – это соединения, макромолекулы которых представляют длинные цепи. Разветвленные полимеры образованы цепями с боковыми ответвлениями. Сетчатые, или пространственные полимеры, построены из длинных цепей, соединенных друг с другом трехмерную сетку поперечными химическими связями.

По строению основной цепи различают карбоцепные полимеры, у которых цепь построена из связанных между собой атомов углерода, и гетероцепные, у которых, кроме углерода, в цепь включены атомы кислорода, азота, серы и др.

По происхождению полимеры подразделяют на природные и искусственные (синтетические).

По химическому характеру реакций, лежащей в основе получения синтетических полимеров, их разделяют на полимеризационные и поликонденсационные.

Природные полимеры известны с давних времен. На протяжении многих тысяч лет они обеспечивают человека пищей, одеж­дой, теплом, крышей. Вот перед нами дерево. Его древесина - не что иное, как природный полимер (высокомолекулярное соединение углерода, водорода и кислорода). То же самое относится к волокнам хлопка и джута, натуральному шелку и шерсти, каучуку и битуму. Природными полимерами являются белки, нуклеиновые кислоты и некоторые другие соединения.

Искусственные полимеры, применяемые в производстве строительных материалов, получают из различных видов сырья (каменный уголь, нефтепродукты, природный газ и др.) путем его переработки на химических предприятиях методами полимери­зации или поликонденсации.

При реакции полимеризации большое количество одинаковых молекул простых соединений (мономеров) соединяется в одну сложную молекулу (полимер) без выделения побочных продуктов. Полимеризацией получают полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и другие синтетические полимеры.

Простейшим примером полимеризации является реакция об­разования полиэтилена (— СН₂ — СН₂ —)_n из мономера этиле на СН₂СН₂.

При реакции поликонденсации из нескольких простых соединений образуется полимер, состав которого отличается от состава исходных продуктов. Процесс образования полимера сопровождается выделением побочных веществ (воды, аммиака и др.). Поликонденсацией получают фенолоформальдегидные, карбамидные, полиамидные, полиэфирные и другие синтетические полимеры.

В зависимости от поведения полимеров при нагревании и охлаждении их разделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры характеризуются способностью размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Они обладают большим электросопротивлением, малым водопоглощением и высокой химической стойкостью, однако имеют низкую теплостойкость, малую твердость, легко разбухают и растворяются в органических растворителях. К этой группе от­носится большинство полимеризационных полимеров.

Термореактивные полимеры затвердевают при действии теплоты и давления и не размягчаются при повторном нагреве. Они отличаются от термопластичных полимеров большей прочностью, теплостойкостью и твердостью. К этой группе относят фе­нолоформальдегидные, карбамидные, эпоксидные и некоторые другие полимеры.

На основе искусственных и природных высокомолекуляр­ных соединений — полимеров — приготовляют пластические массы, характерной особенностью которых является способность и процессе переработки принимать заданную форму и устойчиво сохранять ее.

Пластическими массами называют материалы, в состав которых входят полимеры — органические вещества с высокой молекулярной массой. Эти вещества придают пластическим массам на определенной стадии их переработки пластичность, т. е. способность принимать требуемую форму и сохранять ее после снятия давления. Природные полимеры, а также синтетические полимеры, которые часто неправильно называют смолами, являются основой пластических масс. Их применяют в сочетании с наполнителями, пластификаторами, красителями, стабилизаторами и некоторыми другими веществами.

Различают два вида пластмасс:

а) ненаполненные, то есть макроскопически однородные, состоящее только из полимера и некоторых специальных добавок (к таким пластмассам относятся органические стекла, полиэтиленовая пленка, фторопласты и др.);

б) наполненные, то есть макроскопически неоднородные, содержащие, кроме полимера, наполнители, пластификаторы, модификаторы, пигменты и др.

В зависимости от физического состояния при нормальной температуре пластмассы могут быть разделены на жесткие, полужесткие, мягкие и эластичные.

Жесткие пластмассы - это твердые, упругие материалы аморф­но структуры, имеющие модуль упругости выше I ГПа. Для них характерны хрупкое разрушение, незначительное удлинение при разрыве, мгновенно обратимая деформация.

Полужесткие пластмассы - твердые вязкоупругие материалы кристаллической структуры, имеющие модуль упругости больше 0,4 ГПа, характеризуемые высоким относительным удлинением при разрыве. Остаточные деформации обратимы и полностью ис­чезают при нагревании пластмассы.

Мягкие пластмассы - это материалы с низким модулем уп­ругости (0,02-0,1 ГПа), высоким относительным удлинением при разрыве. Остаточные деформации обратимы и медленно исчезают при нормальной температуре.

Эластичные пластмассы - мягкие, гибкие материалы, имею­щие модуль упругости меньше 0,02 ГПа, характеризуемые большими деформациями при растяжении, причем все деформации об­ратимы.

В зависимости от способа получения полимеров различают пластмассы полимеризационные (класс А), поликонденсационные (класс Б), полученные модификацией природных полимеров (класс В), на основе природных смол (класс Г). Пластмассы классов А и Б занимают главное место в технолога полимерных строительных материалов.