Прочность и разрушение полимеров

Разрушение полимеров наступает, когда действующее напряжение превышает прочность ковалентных связей.

В стеклообразном состоянии полимеры разрушаются хрупко. В таком состоянии находятся термореактивные густосетчатые полимеры, а также термореактивные редкосетчатые и термопластичные полимеры при температуре ниже Tc. При приложении нагрузки возникает только упругая деформация, которая исчезает после снятия нагрузки. Диаграмма растяжения (σ – ε) линейна, соблюдается закон Гука. Разрушение происходит при невысоких значениях деформации – 2...5%.

В высокоэластичном состоянии (между температурами Tс и Tт), присущему термопластам и редкосетчатым реактопластам, разрушению полимеров предшествует очень большая деформация (до 1000%) за счет распрямления свернутых макромолекул, их вытягивания в направлении приложения нагрузки, т.е. ориентирования. Закон Гука при этом не соблюдается (см. ниже, 12.1.3 и рис. 12.6). При снятии нагрузки образец, не доведенный до разрушения, восстанавливает свои первоначальные размеры.

Ориентационное упрочнение

При медленном растяжении полимера, находящегося в высокоэластичном или вязкотекучем состоянии, происходит ориентирование макромолекул в направлении приложения нагрузки, в результате образуется упорядоченная структура. Охлаждение ниже температуры стеклования фиксирует полученную структуру. В результате достигается повышение прочности в направлении ориентирования. Ориентация может быть одноосной или двухосной (для пленок).

Полученная структура анизотропна. Прочность при разрыве в направлении ориентирования повышается в 2...5 раз, а в перпендикулярном направлении снижается на 30...50% по сравнению с исходной. Модуль упругости в направлении одноосной ориентации повышается до 2 раз. Эффект ориентационного упрочнения используется в производстве высокопрочных полимерных волокон.

Нагрев выше температуры стеклования вызывает дезориентацию структуры. Ориентационного упрочнения не возникает, если деформацию осуществляют при низких температурах (ниже Tс), а также при высоких скоростях деформации, в этих условиях происходит разрушение (разрыв) полимера.

Влияние степени полимеризации на свойства полимеров

Степень полимеризации – это количество мономеров, составляющих молекулу полимера. Количество звеньев-мономеров, т.е. степень полимеризации, в каждой макромолекуле полимера неодинаково, неодинаковы соответственно и массы разных макромолекул. Поэтому полимер характеризуют средней молекулярной массой – усредненной массой одной молекулы. Очевидно, что чем больше степень полимеризации, тем больше и молекулярная масса.

Эти характеристики оказывают существенное влияние на свойства полимера. Увеличение степени полимеризации повышает прочность и температуру размягчения (рис. 12.2). Так, полиэтилен с количеством звеньев СН2 1500...2000 представляет собой эластичный, гибкий пластик, а при увеличении числа звеньев до 5000...6000 образуется жесткий, твердый материал. Степень полимеризации промышленных полимеров обычно находится в диапазоне 103...105 мономеров на молекулу.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >