Сторінка
2

Полімери

В якому саме – це залежить від сили і характеру взаємодії ланок.

Всі чотири можливих стани полімерних речовин дуже важливі з погляду практики.

Гуми використовуються в високоеластичному стані.А пластмаси – це полімерні речовини ,які в період формування виробів знаходяться в в’язкорідкому або високоеластичному стані, а під час експлуатації в склоподібному або частково – кристалічному стані.Існує ще один клас полімерних речовин – волокна.Для нас він не меньш важливий хоча б тому , що з волокон виготовляють майже весь одяг для людини. ( літ.1 ст.26)

Полімерні волокна

Що ж це таке і якому агрегатному стану відповідають полімерні волокна?

Фізичний стан ,в якому мають знаходитись полімерні волокна при їх використанні,визначабться їх практичним призначенням. Ясно ,що волокна повинні бути досить міцними і не повинні помітно розтягуватись під дією звичайних продольних напружень,які виникабть в волокні при його експлуатації.Це зразу виключає з розгляду для волокон високоеластичний та в’язкорідкий стани.Що стосується двох інших станів полімерів,то волокна можуть бути як частково – кристалічними (целюлозні волокна, найлон, лавсан) так і склоподібними (нітрон ,орлон).Проте структура волокон в цих станах має важливу особливість.

Якщо б полімерні ланцюги в частково – кристалічних волокнах були розташовані ,як показано на мал 2.1 в ,а в склоподібних волокнах - як показано на мал 2.1 а ,то такі волокна були б дуже низької якості. Їх міцність була б невелика ,деформованість ,навпаки,була б значною.

мал 2.1 а структура полімерної рідини

мал 2.1 в структура часково – кристалічного полімерного тіла

Дослідження структури частково – кристалічних природних волокон показали ,що кристали в них розміщені не хаотично ,як на мал 2.1 в ,а в більшості випадків параллельно осі волокна (мал 2.3а).

мал 2.3а структура орінтованих часково – кристалічних полімернх тіл

Точно таку ж переважну орієнтацію полімерних ланок вздовж осі волокна намагаються створити і в хімічних волокнах – як в частково – кристалічних, так і в тих ,що знаходяться в аморфному стані(мал 2.3б).

в них переважно орієнтовані вздвж осі волокна.Чим вище степінь анізотропії,тим вище модуль Юнга для поздовжних деформацій і тим міцнішим буде волокно. В воло

(наприклад із бавовни та шерсті) про формування такої сруктури попіклувалась сама природа. Дійсно ці частково – кристалічні волоспочатку сильно анізотропні ,як на мал 2.3а. А як же хімічні волокна? Виникають питання

забезпечити необхідну степінь анізотропії ? Для цього переводять полімерякого хочуть приготувати волокно в в’язко - рідкий стан.Проте отриманне таким чином волокно не є достатньо орієнтованним.Його структура відповідвє мал 2.1 а та 2.1 в. Щоб отримати структури мал 2.3а та мал 2.3б , до твердого волокна застосовують витяжку при те

яка перевищує температуру аморфних областей. На мал. 2.4 показана характерна залежність ро

відносного видовження волокна ▲l / l для волокон з частково – криса-лічних полімерів. При малих зна

(оборотні: після зняття навантаження волокно повертається до попередньстану).Проте ,коли напруження ,збільшуючись ,досягає значення σ0 (мал.2.4) ,деформація починає збільшуватись без зміни прикладеної нанавіть при її невеликому зменьшенні. На волокні утворюється так наз. „шийк

весь зразок (мал.2.5). Таким чином ,волокно може розтягнутись в декілька разів. Деформації ,які виникають в волокні після утворення „шийки” є незворотні. σ

мал. 2.4 Залежність напруги від віносної деформації▲l / l для неорінтованого частково – кристалічного волокна.

З молекулярної точки зору утворення „шийки”(мал.2. 5. ) значить, що навантаження, прикладене до волокна, є настільки сильним, що руйнується частково-кристалічна структура з ізотропною орієнтацією кристалів, мал.

2.1.в.

мал. 2. 5. Процесс утворення шийки при розтягненні волокна.

В зоні „шийки” полімерна структура орієнтується, внаслідок чого ланцюг орієнтується так, як показано на малюнку 2. 3. а, тобто волокно стає анізотопним, тобто, більш міцним.

Також, більша міцність пов’язана з тим, що збільшується кристалічність, тобто, частина об’му, яку займають кристали в частково-кристалічному волокні. (літ.1 ст.36)

Полімерні рідкі кристали, надміцні волокна

Полімер може перебувати в стані, в якому він буде міцнішим за сталь, цей стан – рідкокристалічний.

Рідкокристалічний стан – це підклас в’язко-текучого стану.

Рідкий кристал – анізотопна полімерна рідина, при чому анізотопія виникає без будь-яких зовнішніх чинників, наприклад, розтягуванні волокна(мал 2. 6)

Анізотопія виникає із-за того, що інакше неможливо розмістити ізотопним чином систему частин витягнутої форми достатньої густини.

Це можна пояснити на прикладі сірників:

1. Розмістимо хаотично сірники на певній площі.

2. Зменьшуєм площу, на якій розміщені сірники, при цьому ми досягаємо, здавалось би, мінімальної площі, на якій розміщені сірники:

3. Але можлива ще менша площа, на якій розміщені сірники: