От полимеров к пластикам. Часть 5. Структура полимеров

Самыми известными вспененными материалами являются пенополистирол, пенополиуретан и полиэфирная пена. Если используется армирование непрерывными волокнами,то в этом случае волокна, например, ткань, в значительной степени отвечают за механические свойства. Традиционно в этом случае используются термореактивные смолы из-за легкости пропитки волокнистых пучков или ткани, которая пропитывается низковязкой неотвержденной смолой. В последнее время, однако, были разработаны методы, чтобы также укрепить термопласты с длинными волокнами. Обычными комбинациями являются полиэстер / стекловолокно (GF-UP) и эпоксидная смола / стекловолокно (GF-EP), а также высококачественные волокна, такие как углерод и арамид, и термопластичные матрицы, такие как PEEK, использующиеся для специальных применений. Из новейших видов армирования отметим карбон-базальтовое, по свойствам напоминающее стекловолокно, однако превосходящее последнее по лёгкости. Теперь поговорим о структуре полимеров более подробно.

Линейная цепь состоит из «основной цепи», главной цепи, к которой прикреплены боковые группы. Здесь будет дана простая классификация различных типов главной цепи с последующим обзором часто встречающихся боковых групп. Итак, наиболее распространены основные цепи, состоящие исключительно из атомов углерода. Такую структуру имеют полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полибутилен, полистирол, политетрафторэтилен, основные цепи которых включают только связи типа C-C, а к ним уже присоединяются другие элементы — водород, фтор, хлор. Также существуют полимеры, в основной цепи которых чередуются углерод и кислород (тип C-O-C-O-C-O) – к таким относятся уже упоминавшийся в прошлой части полиоксиметилен (POT), а также, например, полиэтиленоксид (PEO). Ещё одна структура основной цепи — несколько атомов углерода с атомом азота (C-C-C-N-C-C-C). Это типичная структура основной цепи нейлонов или полиамидов. Также существуют и более сложные цепочечные структуры, сочетающие в себе все три из вышеперечисленных элементов (полиуретаны), кольцевые углеродные структуры (поликарбонаты, PETP, PBTP, PEEK, PPE), а также цепи с атомами серы (PPS, PSU, PES), кремния (полидиметилсилоксан) и цепи с многокольцевыми структурами (полиимиды).

Сополимерные цепи состоят из более чем одного типа мономерных звеньев. Некоторые примеры: этилен + пропилен = EPR, стирол + бутадиен = SBR или SBS, стирол + акрилонитрил = SAN, изобутилен + изопрен = IIR (бутилкаучук) Также изготавливаются терполимеры (с тремя мономерами): этилен + пропилен + диен = EPDM, акрилонитрил + стирол + эфир акриловой кислоты = ASA, а этилен + СО + пропилен: поликетон («карилон»). Длина цепи может быть выражена как степень полимеризации P (количество мономерных звеньев в цепи) или, в большинстве случаев, как молекулярная масса в г / моль. Иногда используется «масштабируемая» единица, кг / моль, с разницей в 1000 раз. Мы же в основном будем использовать более привычную единицу измерения, г / моль. Из большинства отдельных полимеров выделяют различные типы, которые различаются по молекулярной массе.

Самый сильный пример — это полиэтилен, который имеет более чем 10 различных уровней молекулярной массы, причем крайние разновидности различаются в 20 раз. Но и в каждом типе цепи могут сильно различаться по длине, а именно в 100 или даже 1000 раз. Поэтому каждое утверждение о молекулярной массе указывает на среднее значение. Конечно, может возникнуть резонный вопрос: а что толку от этих разных средних значений? Однако выясняется, что разные физические свойства полимеров контролируются разными типами средней молекулярной массы, поэтому пользоваться даже усреднёнными значениями достаточно полезно для определения свойств конкретных разновидностей полимеров. В следующей части поговорим о молекулярно-массовом распределении.