ОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ХАРАКТЕРИСТИКА И СТРОЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ

Вещества состоят из атомов. Строение атомов, образованных ими молекул, а также взаимодействие между ними определяют все свойства веществ. Углерод и азот, находящиеся в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева рядом и имеющие атомные массы, различающиеся на две единицы, имеют разные свойства (табл. 1.1).

Более того, даже вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, но имеющие разное физическое строение, также имеют различные свойства. Так, графит и алмаз, состоящие из углерода, абсолютно не похожи друг на друга благодаря различному строению кристаллов, образованных им. Неудивительно, что вещества, образованные разными химическими элементами и имеющие разное строение, обладают и разными свойствами.

Свойства полимеров, состоящих из длинных макромолекул с разветвленной структурой, определяются уже не только строением составляющих их атомов, но и строением звеньев и цепей, их размерами и конфигурацией, а также взаимодействием между ними.

Различие в свойствах предоставляет широкие возможности при выборе материала для изготовления изделия с учетом эксплуатационных нагрузок и возможных технологий его изготовления. Из рис. 1.1 видно, как по-разному ведут себя сталь и поливинилхлорид при растяжении.

Таблица 1.1. Влияние природы атомов на свойства веществ

Рис. 1.1. Диаграммы растяжения стали и непластифицированного ПВХ

Сталь обладает линейной упругостью, а поливинилхлорид ведет себя как нелинейное вязкоупругое тело. У этих материалов не только разные значения предела прочности при разрыве, но и разные значения предела текучести, различные способности к деформированию и т. д.

Разница в свойствах различных материалов составляет несколько порядков. Так, прочность сортовой стали превосходит аналогичный показатель для пенополиуретана в десятки тысяч раз, модуль упругости при растяжении алмаза больше этого показателя для эластичной резины в 100 000 раз, а температура плавления тугоплавкого сплава на основе вольфрама в 35 раз выше температуры текучести полистироль- ного пластика.

Как видим, если сравнивать отдельные показатели различных классов материалов, то такое сравнение может оказаться не в пользу полимеров. Однако комплексная сравнительная оценка свойств материалов позволяет найти для каждого из них свои области применения. В частности, есть многочисленные области применения, где требуется материал не с высоким, а с низким модулем упругости.

Во многих случаях низкая прочность материала не является помехой, а если учесть, что материал при этом имеет низкую плотность (плотность пенополиуретана примерно в 1000 раз меньше плотности стали), то альтернативы такому материалу нет. Именно поэтому пенополиуретаны и пористые резины очень широко применяются в различных областях техники.

Примеров, когда, несмотря на, казалось бы, низкое значение одного или нескольких показателей, неметаллические материалы благодаря уникальному сочетанию других свойств находят широкое применение, можно привести великое множество.

Задача конструктора машиностроительной техники как раз и состоит в том, чтобы, зная конструкцию и условия эксплуатации машин, с одной стороны, и свойства различных материалов — с другой, правильно выбрать материальную основу для изготовления новой техники.