Курс агульнай фізікі
Цеплыня і малекулярная фізіка: Вучэб. дапам.
Выдавец: Вышэйшая школа
Памер: 232с.
Мінск 1994
Пры награванні палімсра пачынасцца хістальны рух звснняў (высокаэластычны стан) і толькі пры болын высокай тэмпсратуры — рух ланцугоў (вязкацякучы стан). Такім чынам, пры павышэнні тэмпсратуры аморфны палімср псраходзіць са шклопадобнага ў высокаэластычны і затым у вязкацякучы стан. Пры паніжэнні тэмпсратуры палімср праходзіць усе тры станы ў адваротным парадку. Псраход палімсра з аднаго стану ў другі адбывасцца не пры якой-нсбудзь пэўнай тэмпсратуры, а ў нскаторым інтэрвалс тэмпсратур. Пры гэтым назірасцца змяненнс яго тэрмадынамічных парамстраў.
Для аморфных палімсраў вялікас значэннс маюць тэмпература шклавання 7’шк і тэмпсратура цякучасці Т^. Тэмпература шклавання валокнаў і пластмас часта з’яўлясцца всрхняй тэмпсратурнай мяжой эксплуатацыі, каўчукаў — ніжняй.
10.2. Крышталічныя палімеры
Ступень крышталізацыі. Палімсры могуць знаходзіцца ў аморфным ці крышталічным стане. Аморфныя палімеры ў многім падобныя на вадкасць. Малекулы палімсра і іх звснні нс ўплываюць на размяшчэнне суссдніх малекул ці іх звенняў. Праўда, пры адпаведных умовах (ціску, тэмпсратуры і г. д.) можа адбывацца самаадвольнас ўпарадкаваннс асобных ланцугоў малскул. Гэта звязана з тым, што звенні палімсрнага ланцуга ў сапраўднасці размяшчаюцца не зусім адвольна, а павернуты пад нскаторым вуглом у выніку гнуткасці малскул і вярчальных
хістанняў іх ссгмснтаў. Такое ўпарадкаванне можа мсць дваякі характар. Калі парадак малекул захоўваецца на адлсгласці, сувымяральнай з памсрамі самой малскулы (блізкі парадак), то палімер захоўвае асаблівасці аморфнага рэчыва. Калі ж уплыў упарадкавання малскул аказвасцца на адлсгласці, якая ў шмат разоў псравышае іх памсры (далёкі парадак), то такія вобласці палімера з’яўляюцца крышталічнымі. Рыс. 10.4 паясняе
становішча палімерных ланцу- Рыс. 10.4.
гоў, якія ўтвараюць крыш-
талічныя / і аморфныя 2
вобласці палімера. Гэтыя вобласці могуць суіснаваць пры дапамозс доўгіх ланцугоў 3. Любую агульную ўласцівасць G часткі крышталічнага палімера можна выразіць наступным чынам:
G GKp + GaM ,
дзе GKp і GaM — уклады крышталічных і аморфных кампанентаў узору адпавсдна. Напрыклад, пры псраходзе палімера з аморфнага стану ў крышталічны шчыльнасць яго ўзрастас. Шчыльнасць р часткова крышталічных палімсраў ляжыць у інтэрвале паміж шчыльнасцямі аморф-
нага рам і крышталічнага ркр кампанснтаў. I наадварот, всдаючы шчыльнасць узору р, аморфнага рам і крышталічнага ркр кампанснтаў, можна вылічыць аб’ёмную ступснь яго крышталічнасці:
,, Р Ряуі
An — Ркр Рам
(10.2)
Ступснь крышталічнасці ўзору можна таксама вызначыць праз значэнне энтальпіі:
•^рахч
"ам ~ Я ^ам — ^кр
дзе Хразл — разліковая ступснь крышталічнасці; //ам , Нкр і Н — энтальпія аморфнага, крышталічнага кампанснтаў і ўзору адпавсдна.
Крышталізацыя палімераў. Механізм крышталізацыі палімсраў прынцыпова такі ж, як і нізкамалскулярных рэчываў. Пры ахаладжэнні расплаву палімсра рухомасць малекул памяншасцца. Ланцугі, якія ў расплавс бсспсрапынна змянялі свас канфармацыі, у інтэрвалс зацвсрдзявання прымаюць адну пэўную канфармацыю. У залсжнасці ад канфармацый, якія прымаюць асобныя ланцугі, і ад прыроды агрэгацыі суседніх макрамалскул палімср псратварасцца (у інтэрвалс зацвсрдзявання) альбо ў крышталічны, альбо у шклопадобны (аморфны) матэрыял. Для крышталізацыі расплава палімсра нсабходна, каб палімсрныя ланцугі ў расплавс знаходзіліся ў разупарадкаваным стане.
Утварэннс і рост зародкаў крышталізацыі ў расплавах палімсраў залсжаць ад тэмпсратуры. Пры паніжэнні тэмпсратуры імавсрнасць утварэння ўстойлівых крышталічных зародкаў павялічвасцца. Тэмпература палімсра, пры якой утвараюцца ўстойлівыя зародкі, з’яўлясцца тэмпературай крышталізацыі Ткр дадзснага расплаву. Пры тэмпсратурах Т < памяншасцца інтэнсіўнасць цсплавога руху і рэзка ўзрастас вязкасць расплава. У дыяпазонс тэмпсратур, калі вязкасць нсвысокая, псрагрупоўкі малскул яшчэ магчымыя, а цсплавы рух усс мснш разбурас ўпарадкаваныя мікравобласці, якія ўтварыліся. Пасля гэтага пачынасцца рост крышталікаў шляхам дыфузіі манамсраў ланцуга. Аднак гэты працэс нс можа прывссці да поўнай крышталізацыі расплава палімсра. Таму атрыманы цвёрды палімср змяшчас як крышталічныя, так і аморфныя вобласці. Гэта тлумачыцца тым, што пры ахаладжэнні адбывасцца павслічэнне вязкасці расплаву, псрагрупоўка малекул ускладнясцца, хуткасць утварэння і росту зародкаў змяншасцца, а потым спынясцца. Пры хуткім ахаладжэнні расплаў палімера зашклоўвасцца. Працэс утварэння і росту зародкаў у зашклаваным
палімеры немагчымы. Шклопадобны стан, з’яўляючыся тэрмадынамічна нсраўнаважным, можа існаваць бясконца доўга. Акрамя таго, працэс крышталізацыі нсзавершаны таму, што розныя ўчасткі аднаго і таго ж доўгага палімернага ланцуга дыфузуюць у розныя крышталічныя вобласці і ўдзельнічаюць у працэсе роста крышталікаў.
Крышталізацыя палімераў залежыць ад формы макрамалекул. Расцяжэнню макрамалекул садзейнічае вонкавае расцягвальнае напружанне. Крышталізацыя, што адбывасцца ў працэсе адноснай дэфармацыі, назірасцца толькі ў палімерах. Утвораныя пры расцяжэнні крышталі аказваюцца арыснтаванымі. У залежнасці ад ступені расцяжэння можна атрымаць узоры палімера рознай ступсні крышталічнасці. Пры расцяжэнні палімеры крышталізуюцца хутчэй, чым пры ахалоджванні. Аднак пры зняцці расцягвальнага напружання ў выпадку дастаткова высокіх тэмператур крышталічныя ўтварэнні могуць разбурыцца. Такія працэсы характэрны для каўчуку. У палімсрах, якія нс крышталізуюцца, расцяжэнне выклікас толькі ўзасмную арыентацыю макрамалекул.
Уплыў ступені крышталічнасці на фізічныя ўласцівасці палімераў. Ад ступені крышталічнасці залсжаць такія фізічныя ўласцівасці палімераў, як шчыльнасць, модуль Юнга, цвёрдасць, дыэлектрычная пранікальнасць і цсплаёмістасць. У часткова крышталічным палімсры яго аморфныя і крышталічныя вобласці будуць мсць розныя ўласцівасці, нягледзячы на іх аднолькавую хімічную прыроду. Напрыклад, шчыльнасць крышталічных абласцей вышэйшая, чым аморфных. Модуль Юнга ўзрастае з павелічэннем ступсні крышталічнасці матэрыялу. Цвёрдасць і трываласць пры крышталізацыі расплава павышаюцца. Аднак Зластычнасць, ударатрываласць і разрыўная трываласць памяншаюцца з павелічэннем крышталічных абласцей. 3 ростам ступені крышталічнасці памяншаецца дыэлсктрычная пранікальнасць.
10.3. Прымяненне палімераў
Буйнейшым спажыўцом пластмас з’яўляецца машынабудаванне, у прыватнасці элсктратэхнічная прамысловасць, аўтамабілеі прыборабудаванне, цяжкае, энсргетычнае, хімічнае і транспартнас машынабудаванне для лёгкай і харчовай прамысловасці, будаўніцтва, медыцына, сельская гаспадарка. Вялікая эканамічная выгада, практычна неабмежаваныя запасы сыравіны і неабходнасць эканоміі каляровых металаў і дэфіцытных сплаваў дазваляюць з году ў год павялічыць выкарыстанне палімераў. У машынабудаванні шырока прымяняюцца крэмнійарганічныя палімеры (як электраізаляцыйны матэрыял), фснольныя прэс-матэрыялы, самацвярдзеючыя вадкія смолы, клеявыя злучэнні, палімерныя матэрыялы ў якасці сувязных у абразіўным інструменце і для вырабу станочных прыстасаванняў, штампаў,
ліцсйнай аснасткі, рознай кантрольнай апаратуры, падшыпнікаў слігання, розных перадатачных прыстасаванняў, шківаў і розных рамснных псрадач, ушчыльняльных псрагародак. Усё большас выкарыстаннс знаходзяць палімерныя пакрыцці (антыкаразійныя, дэкаратыўныя, антыфрыкцыённыя, дызлсктрычныя і інш.). Распрацаваны эфсктыўныя спосабы іх наняссння. Антыкаразійныя пакрыцці дазваляюць рэзка падоўжыць тэрмін службы агрэгатаў і павялічыць іх надзсйнасць.
У транспартным машынабудаванні, напрыклад, вялікую колькасць дэталсй для пасажырскіх і грузавых вагонаў, элсктравозаў, мсханічнага і дапаможнага абсталявання вырабляюць з пластмас. Пры вырабс вагонаў прымяняюць шклопластыкі, амартызацыйныя гумы і іншыя палімсры. Асабліва шырокас прымянсннс пластычныя масы знаходзяць у авіяцыі і на водным транспарцс, дзс ад матэрыялаў патрабуецца выключная лёгкасць і ў той жа час значная трываласць.
Палімсрныя матэрыялы, якія характарызуюцца высокай даўгавечнасцю, стойкасцю да ўздзсяння агрэсіўных асяроддзяў, добрымі эстэтычнымі і санітарна-гігіснічнымі паказчыкамі, выкарыстоўваюцца і ў будаўніцтвс. Паспяхова прымяняюцца драўняна-валакністыя пліты, сінтэтычныя лінолеумы, полістырольныя пліткі і пснапластмасы, фенольныя, карбамідныя, поліэфірныя і эпаксідныя смолы, лёгкія і ячэістыя бстоны з аздаблсннсм палімсрнымі пакрыццямі, аб’ёмныя блокі, сантэхкабіны, трубы, сінтэтычныя дахавыя матэрыялы і інш.
У мсдыцынс палімсры ўжываюцца для вырабу інструмснтаў (зонды, бужы, катэтары, посуд, шпрыцы, пратэзы і да т. п.) і функцыяльнальнага замяшчэння розных органаў і тканак арганізма. Першы напрамак мае на ўвазе выкарыстанне палімсрных матэрыялаў пры вытворчасці масавых вырабаў. Палімсры прымяняюцца пры стварэнні пратэзаў клапанаў сэрца, пластыцы скурнай тканкі, бакавым замяшчэнні сасудзістай сцснкі пасля выдалсння тромбаў, пры ўмацаванні сцснкі або псрагародкі сэрца і інш, У гэтых выпадках палімсрная тканіна служыць надзейным каркасам, на якім аднаўляюцца тканкі арганізма. Палімсрную масу выкарыстоўваюць пры стварэнні розных кровазамсннікаў. Асобная роля налсжыць біялагічным клсям на асновс палімсраў.
Палімеры і вырабы з іх паспяхова прымяняюцца ў сельскай гаспадарцы, напрыклад празрыстыя плёнкі ў раслінаводствс. Выкарыстоўваюцца палімсры ў мсліярацыі жывёлагадоўлі і встэрына'рыі.
Пры вытворчасці тавараў народнага спажывання таксама ўжываюцца пластмасы і сінтэтычныя смолы. Тэрмапласты выкарыстоўваюцца для выпуску ўпаковачных матэрыялаў і тары. Палімсрныя матэрыялы прымяняюцца для расфасоўкі харчовых прадуктаў, у вытворчасці халадзільнікаў, тэлсвізараў, у абутковай, скургалантарэйнай і швсйнай вытворчасці.
Высокаэластычныя палімерныя матэрыялы і гуматэхнічныя вырабы валодаюць здольнасцю падвяргацца абарачальным дэфармацыям у шырокім тэмпсратурным інтэрвале. Напрыклад, каўчук ужывасцца ў шыннай прамысловасці, у вытворчасці гуматэхнічных вырабаў, абутку, штучнай скуры, плсначных, азбестатэхнічных, пластмасавых матэрыялаў і інш.
Шырока распаўсюджаны лакі, фарбы, грунты, шпаклёўкі і хімічна ўстойлівыя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для дэкаратыўных і ахоўных пакрыццяў. Для вытворчасці парашковых фарбаў прымяняюць полімерызацыйныя (поліэтыленавыя, поліамідныя і інш.) і полікандэнсацыйныя смолы (эпаксідныя, алкідныя і інш.) і г. д.
КНІГІ ОНЛАЙН
