ПОЛИМЕРНЫЕ МАТРИЦЫ И ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 
Специфика гетерофазных систем основывается на непрерывности матрицы и характере взаимодействия ее с наполнителем. Непрерывная матрица способна наиболее полно воспринимать напряжения от внешних нагрузок и перераспределять их на наполнитель. При этом наряду с деформационно-прочностными показателями свойств матриц в функциональных армированных пластиках различного назначения необходимо учитывать тепло-, термо-, огне-, свето-, хемо-стойкость, радиационную стойкость, степень сохранения свойств матриц при нагреве, выдержке в средах с различной влажностью, после поглощения доз излучения, вызывающих фотолиз, радиолиз матриц и др.
При использовании полимерных матриц в крупногабаритных силовых конструкциях необходима оценка водопоглощения матриц, которое на уровне 5 - 8% массы снижает прочность и модуль упругости на 12 - 20% и температуру стеклования, в частности эпоксидных и малеи-нимидных, на 50- 100 °С.
Одним из направлений комплексного совершенствования свойств армированных полимеров является разработка полимерных матриц с высокими деформационными и прочностными (до 250 МПА) показателями, высокой теплостойкостью (200 - 300 °С) и низким водопоглоще-нием (не более 1% массы).
Практически из-за дефектов строения прочность полимерных матриц редко превышает 100 МПа (при теоретической прочности полимеров 2650 - 4000 МПа), в отличие от волокон, механические свойства которых ближе к теоретическим.
Химическое строение и структура полимеров. Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения, молекулы которых состоят из одинаковых многократно повторяющихся структурных группировок (звеньев). В состав молекул полимеров может входить от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч звеньев, соединенных между собой химическими связями. Количество звеньев макромолекул, сходных по своему составу и строению с низкомолекулярными соединениями, из которых они получены (мономерами), существенно влияет на структуру и свойства полимеров. Так, высокомолекулярные соединения, которые по молекулярной массе и свойствам занимают промежуточное положение между полимерами и мономерами (молекулярная масса
< 2000), образуют отдельный класс химических соединений и называются олигомерами.
В структуре полимера обычно выделяют основную цепь, и в зависимости от ее состава различают карбоцепные (только атомы углерода), гетероцепные (могут входить кислород, азот, сера) и элементоорганические (содержащие атомы кремния, алюминия и др.) полимеры. По форме макромолекул полимеры делятся на линейные, разветвленные и сетчатые (пространственные).
Сетчатые полимеры построены из макромолекул, связанных между собой поперечными химическими связями (мостиками), образующими единую пространственную сетку. Сетчатые полимеры могут образовываться при непосредственном взаимодействии макромолекул друг с другом или при введении другого вещества (сшивающего агента). От частоты поперечных связей зависят свойства сетчатых полимеров: с увеличением их числа возрастает жесткость, повышается упругость и уменьшается способность к деформированию. В конечном итоге полимер теряет способность растворяться и плавиться при нагревании. Основным исходным продуктом для образования сетчатых полимеров служат олигомеры, которые и держат первенство в производстве полимерных композиционных материалов.
Свойства полимера зависят не только от химического состава и строения, но и от взаимного расположения макромолекул, т.е. от надмолекулярной (физической) структуры вещества.
Макромолекулы способны свертываться в клубки - глобулы, образовывать пластинчатые структуры - фибриллы, состоящие из выпрямленных цепей, имеющих форму лент или нитей.
В зависимости от степени упорядоченности расположения макромолекул различают аморфные и кристаллические полимеры, значительно различающиеся по своим свойствам.
Методы получения синтетических полимеров. Наиболее распространенными методами получения синтетических полимеров являются полимеризация и поликонденсация.
Полимеризация - процесс получения высокомолекулярных веществ, при котором макромолекула образуется путем последовательного присоединения молекул одного или нескольких мономеров к растущему активному центру.
Первичными активными частицами (активными центрами) могут быть свободные радикалы или ионы. Поэтому в зависимости от характера активных центров, начинающих цепной процесс, различают радикальную и ионную полимеризацию.
Поликонденсация - процесс образования полимеров из би- или по-лифункциональных соединений, сопровождающийся выделением побочного низкомолекулярного вещества (вода, спирт, галогенводороды, аммиак).
Поликонденсация, в которой участвуют одинаковые молекулы мономера с двумя различными функциональными группами, называется гомополиконденсацией.
Примером такого процесса является реакция получения полиамидов:
Поликонденсация, в которой участвуют различные молекулы мономеров, называется гетерополиконденсацией. Примером может служить получение сложного эфира в результате реакции гликоля с дикар-боновой кислотой:
Реакция поликонденсации является обратимой. Ее направление, строение образующегося полимера, молекулярная масса зависят от природы мономеров, числа функциональных групп, соотношения исходных компонентов, типа катализатора, скорости удаления образующегося низкомолекулярного продукта.
Полимерные матрицы находятся в период формования изделий в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации в стеклообразном или кристаллическом состоянии.
В зависимости от характера процессов, сопутствующих формованию изделий, полимерные матрицы делятся на термореактивные связующие (реактопласты) и термопластичные (термопласты).