Основные свойства полимеров и пластмасс

Вдоль молекулярной цепи полимеров атомы соединены ковалентными связями; так же связаны боковые атомы водорода и их заместители с атомами основной полимерной цепи.

Энергия этих связей - около 330 кДж/моль. Между макромолекулами в термопластичных полимерах образуются либо водородные связи (10. 40 кДж/моль *), либо еще более слабые межмолекулярные ван-дер-ваальсовы связи (энергия - до 10 кДж/моль1).

В реакто-пластах часть межмолекулярных связей заменена на прочные химические. Межмолекулярное взаимодействие фиксирует элементы полимерной структуры, подавляет гибкость цепных молекул и способствует повышению жесткости полимера, в итоге повышаются его плотность, температура плавления и уменьшается коэффициент линейного термического расширения.

Повысить энергию межмолекулярной связи можно разными способами. Во-первых, этого добиваются путем увеличения полярности полимерных звеньев.

Например, полярность винилхлорида больше, чем этилена, следовательно, энергия межмолекулярных связей в поливинилхлориде (ПВХ) больше, чем в полиэтилене (ПЭ), что и подтверждается большей прочностью ПВХ.

Второй путь заключается в создании трехмерной пространственной структурной сетки из ковалентных химических связей.

На практике это может быть достигнуто введением в полимер химически активных компонентов (отвердителей) или радиационным облучением.

Действительно, вулканизованный каучук прочнее исходного, а после облучения (в малых дозах) полиэтилен также прочнее исходного.

В-третьих, можно ввести в полимер высокодисперсный наполнитель, активно взаимодействующий с макромолекулами. Например, при введении сажи в резину прочность ее возрастает.

Другое направление изменения свойств полимеров заключается в ориентации макромолекул в направлении предполагаемого воздействия внешней силы. Она осуществляется вытягиванием полимерного материала в заданном направлении или другими способами. При этом увеличивается количество линейных молекул полимера, для разрыва которых необходимо преодолеть энергию межатомных связей. Например, пленка полиэтилентерефталата (лавсана), ориентированная во взаимно-перпендикулярных направлениях, не уступает по прочности алюминиевой и медной фольге равной толщины.

Пластические массы обладают рядом физико-механических свойств, которые позволяют им иметь значительные преимущества перед наиболее распространенными строительными материалами. Это следующие свойства.

Плотность пластмасс чаще всего находится в пределах 900.. .1800 кг/м3, т. е. они в два раза легче алюминия и в 5.. .6 раз легче стали. Средняя плотность пластмасс колеблется в широких пределах и составляет у пористых 15. 30 и у плотных -1800. 2200 кг/м3. Замена металлов и силикатных материалов пластмассами значительно снижает массу конструкций, уменьшает расход материала на их изготовление, сокращает расходы на транспорт. Наибольший эффект достигается при использовании легких пенопластов в комбинированных конструкциях стен и покрытий.

Прочность пластмасс различна. Предел прочности при сжатии пластмасс с порошкообразным наполнителем составляет 100. 150 МПа, данный показатель стекловолокнистых пластмасс достигает 400 МПа. По прочности пластмассы превосходят многие традиционные материалы - бетон, кирпич, древесину.

Теплопроводность пластмасс зависит от их пористости: теплопроводность пено- и поропластов составляет 0,03. 0,04 Вт/(м • °С), остальных - 0,2. 0,7 Вт/(м • °С). Пластмассы, наполненные минеральными или металлическими порошками, графитом, минеральными волокнами, значительно более теплопроводны, чем пластмассы, наполненные органическими наполнителями (древесной мукой, лигнином) или газами.

Пластмассы обладают высокой химической стойкостью по отношению к воде, кислотам, растворам солей и органическим растворителям. Особенно стойки к коррозии пластмассы на основе политетрафторэтилена, полиэтилена, полиизобутилена, полистирола, эпоксидных полимеров. Химическая стойкость пластмасс позволяет использовать их для защиты от коррозии строительных конструкций, технологического оборудования, а также для изготовления коррозионностойких деталей и изделий, труб, насосов, емкостей и др.

Ценным качеством многих пластмасс является их низкая истираемость. Это свойство особенно важно в случае применения пластмасс для устройства полов. Коэффициент истираемости полимерных материалов для пола составляет 0,06. 0,12 г/см2 при испытании на машине Грассели.

Пластмассы хорошо окрашиваются в массе в любые цвета. Хорошая окрашиваемость пластмасс по всей толще изделия исключает необходимость дополнительных декоративных отделок изделий. Некоторые ненаполненные пластмассы прозрачны и обладают высокими оптическими свойствами. Так, прозрачность органических стекол определяется в пределах 83. 94 по сравнению с алмазом, прозрачность которого принята за 100 %.

Пластмассы легко обрабатывать: пилить, строгать, сверлить. Ценным свойством пластмасс является легкость их технологической переработки - возможность придания им разнообразной формы.

Вместе с тем имеются и ограничения по применению пластмасс в строительстве, так как им присущи некоторые недостатки, сужающие область их использования