Полимеры.
Прежде всего, отличительным свойством полимеров, и во многом определяющим их механические свойства, является размер молекул, из которых они состоят - макромолекул. Каждая молекула полимера состоит из цепочки соединенных между собой мономерных звеньев. Чем больше этих звеньев в молекуле, тем соответственно большим молекулярным весом она обладает. Тем выше степень полимеризации.
Для механических свойств полимеров характерны:
- Способность развивать под действием внешних механических сил большие обратимые (высокоэластические) деформации, достигающие десятков, сотен и даже тысяч процентов. Эта способность характерна только для полимерных материалов.
- Релаксационный характер реакции тела на механическое воздействие, то есть зависимость деформаций и напряжений от длительности (частоты) воздействия. Эта зависимость обусловлена отставанием деформации от напряжения и может проявляться в чрезвычайно широком временном диапазоне (от долей секунды до многих лет).
- Зависимость механических полимера от условий его получения, способа переработки и предварительной обработки. Это связано с существованием в полимерных телах разнообразных форм надмолекулярной структуры, времена перестройки которых могут быть настолько велики, что полимер при одних и тех же условиях может устойчиво существовать в состояниях с различной морфологией.
- Способность под действием анизотропного механического воздействия приобретать резкую анизотропию механических свойств и сохранять ее после прекращения воздействия.
- Способность претерпевать под действием механических сил химические превращения.
Общий характер механического поведения конкретного полимерного тела определяется тем, в каком физическом состоянии оно находится.
Линейные и разветвленные полимеры могут находиться в трех основных аморфных состояниях:
- стеклообразном;
- высокоэластическом;
- вязкотекучем;
трехмерные (пространственные, сшитые) полимеры — только в первых двух из этих состояний.
Многие полимеры могут также находиться в кристаллическом состоянии, существенной особенностью которого является то, что практически всегда в полимерном теле наряду со строго упорядоченными кристаллическими областями сохраняются области с аморфной структурой (поэтому такое состояние называют также аморфно-кристаллическим, частично кристаллическим или полукристаллическим). Строго кристаллическое состояние реализуется только в полимерных монокристаллах.
При рассмотрении механических свойств полимеров в особую группу выделяют ориентированное состояние, в котором могут находиться как аморфные, так и кристаллические полимеры и для которого характерна анизотропия механических свойств.
Область применения полимера во многом определяется тем, в каком состоянии находится он в температурном интервале эксплуатации (обычно от —40 до 40 °С).
Полимеры, находящиеся в этом интервале в высокоэластическом состоянии, называются эластомерами. Из эластомеров широкое техническое применение находят резины. Полимерные материалы, находящиеся в условиях эксплуатации в стеклообразном или кристаллическом состоянии, называются пластическими массами. Последние используют в виде объемных изделий и пленок. Одноосноориентированные полимеры широко применяют в качестве волокон.
Качественное определение природы полимера методом сжигания
Поскольку отдельным видам полимеров свойственны определенный цвет, прозрачность, характер поверхности, блеск, упругость, эластичность и т.д., то по внешним признакам образцов материалов или изделий можно получить первое представление о природе полимеров.
Распознавание полимеров по характеру поведения при нагревании и горении является довольно простым и в то же время достаточно точным методом качественного определения природы полимеров. Метод основан на визуальном наблюдении за поведением образца при внесении его в верхнюю часть пламени горелки. По мере нагревания образцы термопластов постепенно размягчаются и плавятся, а реактопласты не размягчаются и не плавятся. Поэтому по отношению к нагреванию можно определить класс полимеров (термопласты, реактопласты). При дальнейшем нагревании образца происходит его загорание, сопровождающееся выделением продуктов разложения, которые обладают специфичным для отдельных полимеров запахом, позволяющим определять вид полимеров.
Захватив образец тигельными щипцами, следует внести его в пламя горелки; затем проведите наблюдение за нагреванием, размягчением и загоранием. При загорании образца удалите его из пламени горелки; если он плавится и съеживается, выдержите в огне до воспламенения, но не более 10 мин. Проведите наблюдения за загоревшимся материалом вне пламени горелки, определить окраску пламени, характер горения (спокойное, интенсивное, с копотью, прекращение горения и т.д.), отметьте запах продуктов горения и дополнительные признаки (например, способность вытягиваться в нити). Для определения запаха продуктов следует погасить пламя и легким движением кисти рук направить воздух от потушенного образца к носу.
На основании сравнения установленных признаков с данными, приведенными в таблице приложения, можно определить вид полимера во всех образцах, взятых для опыта.
Примерная схема определения:
1. Образец не воспламеняется, сохраняет свою форму, ощущается запах формальдегида. Если, кроме того, ощущается запах:
а) аммиака – это мочевиноформальдегидный полимер;
б) резкий (рыбы) – меламиноформальдегидный полимер;
в) фенола – фенолформальдегидный полимер.
2. Полимер горит в пламени горелки и гаснет при удалении из пламени. Если, кроме того, появляется:
а) запах жженой резины, широкая зеленая кайма пламени у основания – это хлорированный каучук; при небольшой зеленой зоне, перекрываемой желтой зоной – это хлоропрен;
б) резкий запах хлористого водорода и зеленая окраска – это производные поливинилхлорида;
в) сладковатый запах, зеленая окраска у основания пламени, черная зола – это поливинилхлорид;
г) запах горелого молока – это казеин;
д) запах уксусной кислоты, искры, расплавленная смола при попадании в воду образует тяжелые желто-коричневые зерна или хлопья – ацетилцеллюлоза.
3. Полимер горит после удаления из пламени; при этом наблюдается:
а) очень быстрое горение, запах камфоры – это целлулоид; без запаха камфоры – нитроцеллюлоза;
б) пламя голубое у основания и, кроме того, сильный сладковато-плодовый запах – это полиметилметакрилат;
запах горелых овощей – это полиамиды;
чуть сладковатый запах – поливинилформаль;
запах прогорклого масла, искрение – ацетобутират целлюлозы;
в) пламя с пурпурной каймой, искрение, запах уксусной кислоты – это поливилацеталь;
г) пламя яркое, желто-белое, запах: сладковатый (гиацинтов) – это полистирол или его сополимеры; слабый, чуть сладковатый – это поливинилформаль;
д) пламя окружено желто-зеленой каймой, смола долго горит, имеет сладковатый запах; расплавленная смола, падая в воду, образует диски цвета светлого дуба – это этилцеллюлоза.