Основные понятия, классификация, структура и свойства полимеров. Лекция 1

1. .

Лекция 1
Основные понятия,
классификация, структура
и свойства полимеров.

2.

• Полимер – вещество, состоящее из
молекул, образуемых многократным
повторением элементарных звеньев.
Полимеры – высокомолекулярные
вещества.
Молекулярная масса полимера > 5000
(может достигать нескольких миллионов)

3.

Молекулы полимеров состоят из связанных
между собой одинаковых, многократно
повторяющихся групп атомов — элементарных
звеньев, например:
CH2 CH
n
или
CH2 CH n
CH3
полипропилен
Cl
поливинилхлорид
n – степень полимеризации
Молекулы полимеров – макромолекулы.
Молекулярная масса полимера:
Mn = n.Мэ ,
где Мэ – молекулярная масса элементарного звена.

4.

Мономеры – низкомолекулярные вещества,
идентичные или близкие по составу и
структуре элементарному звену полимера
или его части и, как правило, служащие
источником получения полимера.
Процесс превращения мономеров в полимер –
полимеризация, например:
H
H
H
H
nC
C
C
C
H CH3
мономер
n
H CH3
полимер

5. Классификация, структура и свойства полимеров.

6.

1. Природные и синтетические
Природные полимеры – полимеры из
натуральных материалов (например: белок,
целлюлоза, натуральный каучук и др.).
Искусственные полимеры – полимеры,
которые получены путем химической
модификации природных полимеров
(например, эфиры целлюлозы).
Синтетические полимеры – полимеры,
которые синтезируют из низкомолекулярных
веществ (например, полиэтилен,
поливинилхлорид, полиамид и др.)

7. 2. Гомополимеры и сополимеры.

Гомополимеры – содержат в основной
цепи одинаковые элементарные звенья.
Гомополимеры получают из мономеров одного
типа.
В сополимерах полимерные цепи
состоят из разных элементарных
звеньев.
Сополимеры получают из мономеров более, чем
одного типа.

8. Виды сополимеров

а – сополимер нерегулярной структуры (разные
звенья в одной цепи неупорядочены);

9.

б – сополимер регулярной структуры
(упорядоченное расположение различных
звеньев в цепи);

10.

в – сополимер блочной структуры (большие группы
одинаковых звеньев содержатся в одной цепи);

11.

г – привитой сополимер – корневидной
(дендроидной) структуры (цепи одного полимера
присоединены к цепи другого).

12. 3. Линейные, разветвлённые и пространственные полимеры

• Линейная структура
полимеры линейной
структуры являются
растворимыми и плавкими

13.

• Разветвлённая структура
полимеры
разветвленной
структуры являются
растворимыми
и плавкими

14.

• Пространственная структура
полимеры
пространственной
структуры (сшитые,
сетчатые) являются
нерастворимыми
и неплавкими

15.

4. Классификация по химической структуре
15

16.

5. Классификация по технологическому признаку:
Термопласты – ПМ, способные к
неоднократному переходу при нагревании в
текучее состояние и затвердеванию при
охлаждении без существенного изменения
структуры и свойств.
Реактопласты – ПМ, которые при нагревании
вначале переходят в текучее состояние, а затем
отверждаются в результате химических
превращений и неспособны к повторному
переходу в текучее состояние.
16

17. Термопластичные и термореактивные полимеры

• Термопластичные полимеры
При нагревании плавятся.
По достижении определенной температуры
переходят в вязкие жидкости без химических
превращений.
При охлаждении они возвращаются в
исходное состояние, сохраняя
первоначальные свойства.
К термопластичным полимерам относятся
полимеры линейной и разветвлённой
структуры.

18.

• Термореактивные полимеры
реактопласты
При нагревании не плавятся.
При достижении определенной температуры
начинается разрыв полимерных цепей,
сопровождающийся химическими
превращениями. После охлаждения свойства
полимера не восстанавливаются, т.е.
происходит его деструкция.
К термореактивным относятся полимеры
пространственной структуры.

19. 6. Аморфные и кристаллические полимеры

• В аморфных полимерах в твёрдом состоянии
макромолекулы расположены хаотично, и чаще всего
принимают форму взаимопроникающих клубков с
ближним порядком расположения элементарных
звеньев.
• Кристаллическое состояние полимеров возникает
при упорядоченной укладке отдельных фрагментов
цепей друг относительно друга, при этом можно
говорить лишь о той или иной степени
кристалличности полимера, так как чаще всего в
кристаллическом полимере содержится также и
неупорядоченная аморфная фаза.

20.

В кристаллитах все звенья образующих его
цепей располагаются согласованно в дальнем
трехмерном порядке, а за пределами
кристаллитов звенья выходящих из него цепей
неупорядочены.

21. Фазовые и физические состояния полимеров

Агрегатные, фазовые и физические состояния
полимеров
Агрегатные
состояния
Жидкое
Фазовые
состояния
-
Физические
состояния
Вязкотекучее
Твердое
Аморфное
Высокоэластичное
Стеклообразное
Кристаллическое
(частично)
-
Физические состояния различаются характером движения
сегментов макромолекул

22. Фазовые и физические состояния полимеров

Важнейшие структурные характеристики
физических состояний
линейных аморфных полимеров
Параметры
Поступательное движение
макромолекул
Характер движения
сегментов
Свободный переход между
конформациями
Стеклообразное Высокоэластичное
Вязкотекучее
Нет
Нет
Есть
Малые
колебания
Свободные
перемещения
Свободные
перемещения
Нет
Есть
Есть

23. Термомеханические свойства полимеров.

Изменение физического состояния полимеров
при изменении температуры
Кристаллические полимеры
Твёрдое
состояние
кристаллизация
плавление
Температура
плавления (Т пл )
Вязкотекучее
состояние

24. Аморфные полимеры

Твёрдое
(стеклообразное)
состояние
Т стекл
Высокоэластичное
состояние
Т пл
Вязкотекучее
состояние
Т стекл температура
Т пл температура
стеклования
плавления

25. Фазовые и физические состояния полимеров

Сетчатые полимеры ни при каких условиях не могут
перейти в вязкотекучее состояние, поскольку
химические сшивки препятствуют течению.
Поэтому для них отсутствует температура текучести.
При нагреве свыше температуры стеклования
сшитые полимеры, находящиеся в
высокоэластическом состоянии, разрушаются.
У линейных полимеров с повышением степени
полимеризации интервал высокоэластичного
состояния, как правило, расширяется

26.

7. Классификация по областям применения –
выделение групп ПМ, сходных по основному
эксплуатационному признаку.
Конструкционные материалы – для работы при кратковременном
или длительном действии статических нагрузок: Е > 900 МПа
(ПА, ПК, ПБТ, ПФО, полиимиды, этролы, армированные ПП, ПА, фенопласты,
аминопласты, кремнийорганические композиции).
Ударопрочные материалы – работа в условиях ударных нагрузок:
ударная прочность > 20 кДж/ м2
(ПЭ, СКЭП, СЭВА, ПП, ПВХ, ПТФЭ, УПС, ПК, АБС, армированные пластики).
Теплостойкие материалы – Т эксплуатации > 150оС
(ПА, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПК, аминопласты, фенопласты, полиимиды, резины на
основе фторкаучуков, кремнийорганические композиции)
Морозостойкие материалы – Т эксплуатации < минус 40оС
(ПЭ, СКЭП, СЭВА, ПТФЭ, ПА, ПК, резины на основе НК, изопрена и др).
ПМ электро- и радиотехнического назначения – ρv > 1010 Ом*м, tg δ <
0,02
26
(ПО, ПВХ, ПТФЭ, ПФС, ПФО, полиимиды, СФД, ненасыщенные ПЭ).

27.

Светотехнические ПМ – к-т светопропускания > 80%
(блочный ПС, сополимеры САН, полиакрилаты, ПММА, прозрачные марки ПВХ,
ПК, пленки ПЭТФ и ПА, ЭС, ненасыщенные ПЭ)
Огнестойкие и самозатухающие ПМ – КИ > 22% или затухающие
при выносе из пламени
(ПТФЭ, полиимиды, ПВХ и композиции с антипиренами)
Радиационностойкие ПМ – длительная устойчивость к
ионизирующим излучениям
(ПТФЭ, полимиды, фторкаучуки, композиции на основе ЭС и КС).
Химически стойкие ПМ – для работы в агессивных средах
(ПО, ПВХ, ПТФЭ, ПБТ, ПЭТФ, полиимиды, композиции на основе КС).
Кроме того, группы водо-, бензо-, маслостойких, атмосферостойких,
тропикостойких, грибостойких ПМ.
27

28.

8. Классификация ПМ по объему производства
Крупнотоннажные пластмассы: ПО, ПВХ, ПС и его сополимеры,
ПУ, композиции на основе ФФС, ненасыщенных ПЭС,
аминоальдегидных смол – 80% от общего объема производства
пластмасс.
Крупнотоннажные каучуки – каучуки общего назначения:
изопреновые, бутадиеновые, бутадиенстирольные.
Среднетоннажные пластмассы: ПА, ПЭТФ, ПК, ПФО, ЭС,
фурановые смолы.
Среднетоннажные каучуки – хлоропреновые, акрилатные,
этиленпропиленовые.
Малотоннажные пластмассы и каучуки – несколько % от объема
производства.
28

29.

• 8. Классификация по составу и типу макроструктуры
полимерного материала :
• Полимерный материал (ПМ) = полимер + ∑ добавок
• Гомогенная макроструктура: все добавки
(стабилизаторы, пластификаторы, красители)
растворены в полимере.
• Гетерогенная макроструктура - композиционные
материалы : добавки нерастворимы в полимере наличие включений
• ( наполнители, пигменты, полимерные добавки)
размером более 100 нм.
• Гетерогенная структура ПМ может быть:
29

30.

30

31.

3. СОЗДАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ПОЛИМЕРНЫЙ
МАТЕРИАЛ
ПОЛИМЕР
ПОЛИМЕРНЫЙ
МАТЕРИАЛ
=
ПОЛИМЕР + Σ ДОБАВОК
ДОБАВКИ:
• 1 ЗАМЕДЛЯЮЩИЕ СТАРЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
• 2 УЛУЧШАЮЩИЕ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОСТЬ
• 3 СНИЖАЮЩИЕ ГОРЮЧЕСТЬ
• 4 ПОВЫШАЮЩИЕ ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА
• 5 ПРИДАЮЩИЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
31

32. CAMPUS ® - система информации о материалах для индустрии пластмасс

CAMPUS ® - система информации о материалах для индустрии
пластмасс

33. Производители

34. MatWeb, ваш источник информации о материалах

35. Маркировка упаковок и тары из полимеров: