Курс «Трубопроводная арматура». Модуль «Полимерные седла поворотной арматуры»
Шрифт:
Аморфные полимеры однофазны, собраны из цепных молекул в пачки, которые состоят из многих рядов макромолекул. Они способны перемещаться.
Глобулы – это свернутые в клубки цепи, они имеют невысокие свойства, для них характерна хрупкость по границам зерен из-за недостаточной связи.
Кристаллические полимеры образуются из гибких регулярных структур при фазовом переходе внутри пачки и формируют пространственные решетки кристаллов.
Образование кристаллической структуры происходит следующим образом:
1. складывание гибких пачек в ленты
2.
3. наслоение пластин друга на друга с образованием правильных структур.
Рис. 2.2. Образование полимера полистирола из мономера
Сферолиты образуются при затрудненном образовании объемных кристаллов из меньших структур. Происходит чередование кристалличных и аморфных участков в виде лучей.
Рис. 2.3. Сферолиты с образованием из пластин. Масштаб – несколько мкм.
Свойствами кристаллических структур являются организованность, термодинамическая стабильность, большое время жизни без нагрузки.
Обычно в полимерах встречается двухфазная структура. Кристалличность придает ей жесткость, твердость и теплостойкость. Однако, надмолекулярные структуры при длительном хранении, эксплуатации или переработке подвержены изменениям и распаду.
По полярности полимеры делятся по наличию диполей центров распределения положительного или отрицательного зарядов. Условиями образования полярности являются:
1. наличие полярных связей (-Cl, – F, +OH)
2. несимметрия в структуре по силе связей: C-H < C-N < C-O < C-F< C-Cl.
Неполярные полимеры, как правило, углеводороды, являются диэлектриками и обладают морозостойкостью. Полярные полимеры обладают жесткостью, теплостойкость, но низкой морозостойкостью.
По отношению к нагреву полимеры делятся на термопластичные и термореактивные.
Термопластичные полимеры размягчаются при нагреве, плавятся и затвердевают обратимо. Они имеют линейную или разветвленную структуру.
Термореактивные полимеры сначала линейны и размягчаются. Затвердевают из-за химических реакций с образованием пространственной структуры и остаются твердыми в термостабильном состоянии.
ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Особенности полимерных материалов
1. неспособность переходить в газовую фазу из-за высокой молекулярной массы
2. полидисперсность – она определяет значительный разброс механических свойств
3. зависимость от структуры
Полимеры могут находиться в нескольких основных состояниях:
Стеклообразное – это твердое, аморфное состояние, где колебания атомов происходят без колебания цепей.
Высокоэластичное – обратимое изменение формы при небольших нагрузках, происходит из-за изгиба макромолекул
Вязкотекучее – жидкое состояние с высокой вязкостью, при котором подвижна вся макромолекула. Состояние вязкотекучести определяется по термомеханическим кривым.
Для пространственных полимеров характерно стеклообразное состояние. Для редкосетчатых полимеров характерно стеклообразное и высокоэластичное в вязкотекучем состоянии. Характерным является область упругих деформаций и после превышения предела вынужденной эластичности. При небольших напряжениях происходит перемещение отдельных сегментов макромолекул и их ориентация в направлении действующей силы. Так, в резинах узлы сетки препятствуют перемещению полимерных цепей. Происходит переход в высокоэластичное состояние до химического разложения без вязкотекучести.
Кристаллические полимеры тверды до температуры кристаллизации, но имеют разную жесткость из-за наличия аморфных участков.
Полимеры с плотной сетчатой структурой имеют характеристики кривой деформация – растяжение, соответствующее упругим деформациям с небольшими значениями. Высокоэластичная деформация практически отсутствует. Кристаллические полимеры имеют зоны упругой деформации с образованием шейки разрыва на образце, участок значительной деформации за счет распространения шейки на всю длину образца и участок разрыва.
Для полимеров характерно т.н. ориентационное упрочнение, когда при медленном растяжении в высокоэластичном или вязкотекучем состоянии макромолекулы и надмолекулярная структура ориентируется в силовом поле. При этом усиливается межмолекулярное взаимодействие, повышается температура стеклования, уменьшается температура перехода к хрупкости и повышается прочность. Появляется анизотропность вплоть до расслоения. Прочность может увеличиваться в 2-5 раз в продольном направлении и снижаться на 30-50% в поперечном. Модуль упругости возрастает в 2 раза. Кристаллические участки в полимере улучшают свою структуру с повышением прочности, тогда как аморфные участки дезориентируются.
Релаксационные свойства полимеров – это свойства, зависящие от времени, действия и скорости приложения нагрузки из-за раскручивания и распрямления цепей и перемещения макромолекул. Скорость релаксации составляет до 10 -4 и может продолжаться сутками и месяцами. Релаксационную способность полимеров определяют по релаксации напряжений при неизменном удлинении.
В линейных полимерах релаксация связана с перемещением макромолекул относительно друг друга до снижения внешнего напряжения до нуля. В сетчатых полимерах релаксация чаще всего не происходит до определенного момента, когда нет нарушений связей, и полимер продолжает удерживать приложенное напряжение.