По фазовому состоянию полимеры подразделяются на: Классификация полимеров по происхождению и строению | ПластЭксперт
alexxlab | 24.02.2023 | 0 | Разное
Лекция 13.(1) Общие сведения о неметаллических материалах
19
К неметаллическим материалам относятся органические и неорганические полимерные материалы: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резина, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит стекло, керамика. Такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость, эластичность при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость, диэлектрические свойства, делают эти материалы, часто незаменимы. Также следует отметить их технологичность и эффективность при использовании, Эти материалы находят все большее применение в различных отраслях машиностроения.
Полимерами
называются вещества, макромолекулы
которых состоят из многочисленных
элементарных звеньев (мономеров)
одинаковой структуры. Молекулярная
масса их составляет от 5000 до 1000000. При
таких больших размерах макромолекул
свойства веществ определяется не только
химическим составом этих молекул, но и
их взаимным расположением и строением.
Если основная
молекулярная цепь таких соединений
образована только углеродными атомами,
то они называются карбоцепными полимерами.
В гетероцепных
полимерах атомы других элементов,
присутствующие в основной цепи, кроме
углерода, существенно изменяют свойства
полимера. Так, в макромолекулах атомы
кислорода способствуют повышению
гибкости цепи, атомы фосфора и хлора
повышают огнестойкость, атомы серы
придают газоне проницаемость, атомы
фтора, даже в виде радикалов, сообщают
полимеру высокую химическую
стойкость.
Органическими полимерами являются
смолы и каучуки. Элементоорганические
соединения содержат в составе неорганические атомы
(Si, Ti, Al) в сочетании с органическими
радикалами CH,C
Своеобразие
свойств полимеров обусловлено структурой
их макромолекул.
По форме макромолекул полимеры делят на линейные, разветвленные, плоские, ленточные, пространственные или сетчатые (рис. 13.1).
Рис. 13.1.
По фазовому состоянию полимеры подразделяют на аморфные и кристаллические.
Аморфные
полимеры однофазны
и построены из цепных молекул, собранных
в пачки. Пачка состоит из многих рядов
макромолекул, расположенных последовательно
друг за другом. Пачки способны перемещаться
относительно соседних элементов, так
как они являются структурными элементами.
Некоторые аморфные полимеры могут быть
также построены из свернутых в клубки
цепей, так называемых глобул. Такая
структура дает невысокие механические
свойства, но при повышении температуры
они разворачиваются в ленты, способствующие
повышению их механических свойств.
По
полярности полимеры подразделяются на полярные и неполярные.
Полярность определяется наличием в их
составе диполей – разобщенных центров
распределения положительных и
отрицательных зарядов. Первым условием
полярности является присутствие в
полимере полярных связей (группировок
– Cl, -F, -OH), вторым несимметрия в их
структуре. В не полярных полимерах
дипольные моменты связей атомов взаимно
компенсируются.
Неполярные
полимеры (на основе углеводородов)
являются высококачественными
высокочастотными диэлектриками, они
обладают хорошей морозостойкостью.
Полярность сообщает полимерам жесткость,
теплостойкость, но морозостойкость у
полярных материалов низкая.
Все полимеры по отношению к нагреву подразделяют на термопластичные и термоактивные. Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются, даже плавятся, при охлаждении затвердевают; этот процесс обратим, Структура макромолекул таких полимеров линейная и разветвленная. Термоактивные полимеры на первой стадии образования имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, затем вследствие протекания химических реакций затвердевают (образуется пространственная структура) и в дальнейшем остаются твердыми. Отвержденное состояние полимера называется термостабильным.
Теория строения материалов. СД.01.04 Строение неметаллических материалов
1 Теория строения материалов СД.01.04 Строение неметаллических материалов ДоценткафедрыМатериаловеденияиТКМ ..
ВенедиктовНЛ 2 Специфические свойства неметаллических материалов: – достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, – светопрозрачность, – химическая стойкость, – диэлектрические свойства.
Введение 3 1.
Строение полимеров 4 Классификация полимеров по различным признакам: – составу, – форме макромолекул, – фазовому состоянию, – полярности, – отношению к нагреву.
5 По составу полимеры подразделяются: – органические, – элементоорганические, – неорганические.
6 По форме макромолекул полимеры подразделяются: – линейные (цеповидные), – разветвленные, – ленточные (лестничные), – пространственные (сетчатые).
7 Линейные (а) и разветвленные (б) макромолекулы 8 Линейные (а ) и разветвленные ( б,в,г) макромолекулыб)а)в)г) 9 Сшитые ( д,е ) и лестничные (е) макромолекулыд)е) 10 Пространственные макромолекулы: 11 По фазовому состоянию полимеры подразделяются: – аморфные, – кристаллические.
12 Пачка Пачка с аморфным участком 13 Фибрилла 14 Фибриллярная структура полиакрилата 15 Сферолита 16 Сферолиты изотактического полистирола 17 Лента из сферолитов 18 Пластина 19 Монокристаллы из полиэтилена 20 Развитие кристаллической структуры хлоропренового каучукаа – исходная некристаллическая структура,б – образование пучка фибрилл,в – формирование сферолитов,г – множество сферолитов 21 По полярности полимеры подразделяются: – полярные, – неполярные.
22 По отношению к нагреву полимеры подразделяются: – термопластичные, – термореактивные.
23 2.
Релаксационные процессы и явления 24 Поведение полимера при постоянной нагрузке 25 Процесс релаксации при постоянной нагрузке 26 Петля гистерезиса 27 Термомеханическая кривая 28 3.
Виды физических состояний полимеров
• Стеклообразное состояние полимера
• Высокоэластическое состояние полимера
• Вязкотекучее состояние полимера
• Кристаллическое состояние полимера
• Механические свойства полимеров в кристаллическом состоянии 29 Зависимостьнадмолекулярной структурыотрежимакристаллизации ( 180 температура ( 180 температураº,С,Са -5 ,с -5 ,сб -20 ,с -20 ,св -60)с -60)с 30 Поведение кристаллического полимерного образца под нагрузкой 31 Поведение кристаллического полимерного образца под нагрузкой 32 () Структураграницыишейкисправа () Структураграницыишейкисправа прирастяжениисферолитного полипропилена 33 Зависимость деформации кристаллического полимера от температурыТ1>Т2>Т3>Т4>Т5>Т6>Т7 34 4.
Старение полимеров 35 5.
Пластические массы 36 6.
Структура стекла 37 7.
Структура керамических материалов 38 8.
Композиционные материалы с неметаллической матрицей 39 Схемы армирования композиционных материалов I – однонаправленная 1 – прямоугольная, 2 – гексагональная 40 Схемы армирования композиционных материалов II – двухнаправленная 1 – прямоугольная, 3 – косоугольная 41 Схемы армирования композиционных материалов III – трехнаправленная 1 – прямоугольная, 2 – гексагональная, 4 – с искривленными волокнами 42 Схемы армирования композиционных материалов
Химия полимеров: стеклование
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 2924
- Дэвид Уиснант
- Колледж Уоффорд
Полукристаллические твердые тела имеют как аморфные, так и кристаллические области.
В зависимости от температуры аморфные области могут находиться либо в стеклообразном, либо в каучукоподобном состоянии. Температура, при которой происходит переход в аморфных областях между стеклообразным и каучукоподобным состояниями, называется
Стеклование
Стеклование является свойством только аморфной части полукристаллического твердого вещества. Кристаллическая часть остается кристаллической во время стеклования. При низкой температуре аморфные области полимера находятся в стеклообразном состоянии. В этом состоянии молекулы застыли на месте. Они могут слегка вибрировать, но не имеют сегментарного движения, при котором части молекулы колеблются. В стеклообразном состоянии движение красной молекулы на схеме ниже НЕ происходит. Когда аморфные области полимера находятся в стеклообразном состоянии, он обычно будет твердым, жестким и хрупким.
Если полимер нагреть, он в конце концов достигнет температуры стеклования .
При этой температуре части молекул могут начать колебаться, как показано красной молекулой на диаграмме выше. Полимер теперь находится в каучукоподобном состоянии . Каучукоподобное состояние придает полимеру мягкость и гибкость.
Возможно, вы сталкивались со стеклованием жевательной резинки. При температуре тела жевательная резинка мягкая и податливая, что характерно для аморфного твердого вещества в каучукоподобном состоянии. Если положить в рот холодный напиток или подержать кубик льда на десне, она станет твердой и жесткой. Температура стеклования жевательной резинки находится где-то между 0°C и 37°C.
Сравнение с плавлением
Стеклование — это НЕ то же самое, что плавление.
Стеклование
- Свойство аморфной области
- Ниже T г : Неупорядоченное аморфное твердое вещество с неподвижными молекулами
- Выше T г : Неупорядоченное аморфное твердое вещество, в котором части молекул могут колебаться вокруг
- Переход второго порядка (см.
ниже)
ниже)Плавка
- Свойство кристаллической области
- Ниже T м : Упорядоченное кристаллическое твердое вещество
- Выше T м : Неупорядоченный расплав
- Переход первого рода (см. ниже)
Термодинамические переходы классифицируются как переходы первого и второго порядка. При переходе первого рода происходит передача тепла между системой и окружающей средой, и в системе происходит резкое изменение объема. В переходе второго порядка , передачи тепла нет, но изменяется теплоемкость. Объем изменяется, чтобы приспособиться к увеличенному движению извивающихся цепей, но он не меняется прерывисто. Наглядные графики зависимости удельного объема от температуры показаны справа для аморфных и кристаллических полимеров.
Температура стеклования
Когда аморфный полимер нагревается, температура, при которой он переходит из стеклообразной формы в резиноподобную, называется температурой стеклования , T г .
Данный образец полимера не имеет уникального значения T g , поскольку стеклофаза не находится в равновесии. Измеренное значение Т г будет зависеть от молекулярной массы полимера, его термической предыстории и возраста, метода измерения и скорости нагревания или охлаждения. Приблизительные температуры стеклования некоторых полимеров показаны ниже.
| Полимер | Т г (°С) |
|---|---|
| Полиэтилен (LDPE) | -125 |
| Полипропилен (атактический) | -20 |
| Поли(винилацетат) (PVAc) | 28 |
| Поли(этилентерефталат) (ПЭТФ) | 69 |
| Поли(виниловый спирт) (ПВА) | 85 |
| Поли(винилхлорид) (ПВХ) | 81 |
| Полипропилен (изотактический) | 100 |
| Полистирол | 100 |
| Поли(метилметакрилат) (атактический) | 105 |
Участники и авторство
Эта страница под названием «Химия полимеров: переход в стекловидное состояние» распространяется по незаявленной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором этой страницы является Дэвид Уиснант.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- Дэвид Уиснант
- Показать оглавление
- нет
- Теги
- переход первого порядка
- стеклянный переход
- температура стеклования
- переход второго порядка
Химия полимеров: кристалличность полимеров — технические библиотеки LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 2921
- Дэвид Уиснант
- Wofford College
Поведение большинства малых молекул можно объяснить с точки зрения трех состояний: газообразное, жидкое и твердое.
Полимеры представляют собой большие молекулы с сильными межмолекулярными силами и запутанными цепями и не имеют паровой фазы — они разлагаются до того, как температура станет достаточно высокой для образования пара. Длина полимерных молекул также затрудняет формирование крупных кристаллов, присутствующих в твердых фазах большинства малых молекул. Вместо этого твердые полимеры можно моделировать с точки зрения двух фаз — кристаллической и аморфной. Таким образом, поведение полимеров можно лучше понять с точки зрения трех фаз: расплава, кристаллической и аморфной 15 .
Кристаллические полимеры
Высококристаллические полимеры являются жесткими, тугоплавкими и в меньшей степени подвержены проникновению растворителя. Кристалличность делает полимеры прочными, но также снижает их ударопрочность. Например, образцы полиэтилена, приготовленные под высоким давлением (5000 атм), имеют высокую степень кристалличности (95 – 99%), но чрезвычайно хрупкие 21 .
Небольшие молекулы и ионы образуют трехмерную решетку с протяженной регулярной структурой, что делает возможным образование крупных кристаллов. Небольшая часть решетки NaCl смоделирована на диаграмме ниже.
Мы обычно описываем такие решетки с элементарной ячейкой — наименьшей повторяющейся единицей в решетке. В случае NaCl говорят, что элементарная ячейка имеет размер 90 291 гранецентрированной кубической формы 90 292 .
Молекулы полимера очень велики, поэтому может показаться, что они не могут регулярно собираться вместе и образовывать кристалл. В настоящее время известно, что обычные полимеры могут образовывать ламеллярные (пластинчатые) кристаллы толщиной от 10 до 20 нм, в которых параллельные цепочки (показаны разными цветами в смоделированной структуре справа) перпендикулярны поверхности кристаллов. 18 .
Аморфные полимеры
Полимерные цепи с разветвлениями или нерегулярными висячими группами не могут собираться вместе достаточно регулярно для образования кристаллов.
Такие полимеры называются аморфными. Двумерная схема аморфного полимера показана ниже.
Аморфные участки полимера состоят из беспорядочно свернутых и запутанных цепей. Их сравнивают с ведром, содержащим большое количество запутавшихся червей, каждый из которых имеет длину 20 футов и толщину 1/4 дюйма.0279 1 . Черви настолько запутаны, что целый червь не может проскользнуть мимо других, но небольшие части червей могут извиваться внутри массы. Аморфные полимеры мягче, имеют более низкую температуру плавления и лучше проникают в растворители, чем их кристаллические аналоги.
Стекловидное и резиновое состояния
При низких температурах молекулярное движение в аморфной области ограничивается молекулярными колебаниями, но цепи не могут вращаться или перемещаться в пространстве (черви заморожены и не могут двигаться). Эта форма представляет собой стекловидное состояние аморфной области. Стеклообразное состояние можно рассматривать как переохлажденную жидкость, в которой заморожены молекулярные движения.
0106 твердый, жесткий и хрупкий, как кристаллическое твердое тело, но сохраняет молекулярную неупорядоченность жидкости 33 .
При нагревании материала полимер достигает температуры, при которой сегменты (длиной 20-50 атомов) запутанных цепей могут двигаться (небольшие части запутанных червей могут двигаться, так что масса в ведре корчится). При этой температуре, называемой температурой стеклования, аморфная область становится эластичной. Когда аморфный полимер находится в каучукоподобном состоянии, он равен 9.0106 мягкий и гибкий .
Полукристаллические полимеры
Полукристаллические полимеры имеют как кристаллические, так и аморфные области. Полукристалличность является желательным свойством для большинства пластиков, поскольку они сочетают в себе прочность кристаллических полимеров с гибкостью аморфных. Полукристаллические полимеры могут быть прочными и способны изгибаться, не ломаясь.
Изолированные пластинчатые монокристаллы получают кристаллизацией из разбавленного раствора.
Когда кристаллы образуются из расплава, запутанность цепей чрезвычайно важна 19 . В этом случае твердое тело более нерегулярно с полимерными цепями, извивающимися в упорядоченные кристаллические части и из них. Кристаллическая часть находится в пластинках; аморфная часть находится вне пластинок.
Такие полимеры называются полукристаллическими . Кристаллы небольшие и связаны с аморфными областями полимерными цепями, поэтому между двумя типами областей может не быть резких четко определенных границ. Однако для некоторых полимеров, таких как поливиниловый спирт, существует довольно четкое разделение между кристаллической и аморфной областями. В других случаях (например, ПЭВП) структура в основном кристаллическая с равномерно распределенными дефектами и несовершенствами 20 .
Если мы моделируем полимер как имеющий отдельные кристаллические и аморфные области, то процент кристаллического полимера называется процентом кристалличности.
Процент кристалличности оказывает важное влияние на свойства полимера.
Сферолиты
При охлаждении расплавленного кристаллизующегося полимера кристаллы вырастают из отдельных зародышей 25 и расходятся, как спицы велосипедного колеса, как показано на схеме справа. Кристаллические части расходятся в трех измерениях, образуя сферы, называемые сферолитами 9.0106 . В образце кристаллического полимера миллиарды сферолитов.
Авторы и авторство
Эта страница под названием «Химия полимеров: кристалличность полимеров» распространяется по незаявленной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором этой страницы является Дэвид Уиснант.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- Дэвид Уиснант
- Показать оглавление
- нет
- Теги
