Физические свойства полимеров

При эксплуатации полимерные изделия подвергаются действию различных внешних полей: механических, тепловых, электрических, магнитных и т. д. Физические свойства, которые представляют собой отклик на это действие, разделяют на механические, тепловые, электрические и др. Физические свойства полимеров определяются их структурой, физическим и фазовым состоянием в процессе эксплуатации. Установление связи между структурой полимеров и их физическими свойствами позволяет не только определить оптимальные условия их применения, но и проводить направленный синтез новых полимерных материалов с заранее заданными свойствами.

Механические свойства определяют степень изменения структуры, размеров, формы тела при воздействии на него механических сил. В зависимости от величины и продолжительности действия механических сил полимерные материалы подвергаются деформации или разрушению. Соответственно различают деформационные и прочностные свойства. Деформационные свойства характеризуют способность полимерных материалов деформироваться под воздействием механических напряжений, прочностные - способность сопротивляться разрушению.

Рис. 3.2. Диаграммы растяжения:

1-ПММА (оргстекло), 2-капрон, 3-эпоксидный полимер, 4-ПЭВД, 5-резина.

Деформацией тела называется изменение его размеров, объёма и формы под влиянием температуры, внешнего механического воздействия или внутренних сил. Деформация сопровождается изменением структуры полимеров и их свойств: чем сильнее деформация, тем значительнее изменение структуры и свойств.

Деформационные свойства полимеров обычно оценивают по кривым напряжениедеформация (). На рис.3.2 приведены диаграммы растяжения для различных полимеров. Несмотря на разный характер кривых, на всех можно выделить начальный участок до точки А, где наблюдается линейная зависимость междуи, т. е. выполняется закон Гука, выведенный для твердых тел. Напряжение, соответствующее точке А, называют пределом упругости. При дальнейшем нагружении закон Гука уже не выполняется. В общую деформацию таких систем, кроме упругой составляющей_упр. входят высокоэластичная_вэл. и вязкотекучая_вт.:

= _упр+ _вэл +_вт.

Поведение полимеров в электрическом поле характеризуется его электрическими свойствами. Большинство полимеров являются диэлектриками, т. е. характеризуются большими объемным сопротивлением и ничтожно малой электрической проводимостью. Развитие ряда отраслей промышленности вызвало необходимость создания полимерных изделий, обладающих высокой проводимостью и выполняющих роль проводников или полупроводников электрического тока. Этого удаётся достигнуть изменением структуры или состава полимерной композиции. В последнее время нашли широкое применение в народном хозяйстве новые материалы – диэлектрики, способные длительно сохранять заряд на поверхности после электризации, так называемые электреты.

Основные достоинства полимерных конструкционных материалов  высокая удельная прочность, химическая и износостойкость, хорошие диэлектрические характеристики. Свойства этих материалов можно варьировать в широких пределах модификацией полимеров или совмещением их с различными ингредиентами.

К недостаткам полимерных материалов относятся склонность к старению и деформированию под нагрузкой, зависимость прочностных характеристик от режимов нагружения (температура, время), сравнительно невысокая теплостойкость, относительно большой температурный коэффициент линейного расширения, изменение размеров при воздействие на материал влаги или агрессивных сред.

К наиболее важным промышленным полимерам относятся термопластичные: политэтилены различной плотности, полистирол, поливинилхлорид, полиметилметакрилат, фторопласт, полиамиды и др., а также реактопластичные: эпоксидные, феноло-формальдегидные, полиэфирные, кремнийорганические смолы и др. В таблице 3.1. приведены некоторые из них.

Таблица 3.1. Название и структурные формулы мономерного звена некоторых термопластичных полимеров.

Композиционные материалы на основе полимеров называются пластмассами. Наряду с основным компонентом полимером, пластмассы содержат в своем составе такие ингредиенты, как различного рода наполнители, пластификаторы, красители и пигменты, антиоксиданты, отвердители и другие целевые добавки.