ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механические свойства из "Химия диэлектриков" Электроизоляционные материалы при их переработке и в процессе эксплуатации подвергаются различного рода механическим воздействиям, поэтому они должны обладать высокой механической прочностью, т. е. не разрушаться под действием кратковременных и длительных нагрузок. Материалы, применяемые для конструкционно-изоляционных целей, должны быть жесткими (сохранять размеры, не деформироваться), а при использовании их для изоляции проводов в виде волокон и пленок они, наоборот, должны быть гибкими, выдерживать многократные деформации, т. е. обладать упругими (высокоэластическими) свойствами. Поведение материала под действием внешних нагрузок зависит от его химического строения, структуры и наличия в нем различных добавок. [c.62] Связь связи. Связь связи. [c.62] Как видно из приведенных данных, энергия когезии значительно меньше энергии химических связей. Однако вследствие суммарного действия межмолекулярных сил их вклад в общую прочность материала может быть доминирующим. Влияние валентных сил на сопротивление материала зависит от расположения молекулярных цепей по отношению к направлению действия разрушающих нагрузок. При ориентации цепей вдоль действия нагрузок прочность в основном определяется этими силами. [c.63] Наименьшую энергию когезии обеспечивают метиленовые группы —СНг—, связь между которыми обусловлена дисперсионным взаимодействием — притяжением мгновенных диполей, возникающих в результате непрерывного изменения взаимного расположения зарядов в каждом атоме вследствие орбитального движения электронов (например, в полиэтилене). [c.63] Группы —СНС1 — являются полярными. Энергия когезии в полимерах, содержащих эти группы, обусловлена наличием постоянного (жесткого) диполя. Группа —СНС1— входит в состав макромолекул поливинилхлорида. [c.63] Из приведенных данных видно, что энергия когезии групп, входящих в состав макромолекулы, существенно влияет на прочность полимера. Чем она выше, тем больше прочность полимера. [c.64] Прочность полимера может колебаться в широких пределах в зависимости от других особенностей его химического строения, структуры. При прочих равных условиях прочность полимера зависит от длины макромолекул. Чем больше молекулярная масса полимера, тем больше сказывается суммарный эффект действия межмолекулярных связей и тем больше механическая прочность полимера. [c.64] Прочность полимеров в значительной мере зависит от взаимного расположения макромолекул (степени их сближения или отдаления), степени их жесткости и гибкости, а также от характера надмолекулярной структуры полимера и микроструктуры самого материала (его однородности, наличия трещин и др.). [c.64] В полиэтилене высокого давления боковые (метильные и этильные) группы раздвигают основные цепи, препятствуя кристаллизации, вследствие чего прочность его и упругость (жесткость) меньше, чем у полиэтилена низкого давления. [c.65] При сополимеризации этилена примерно с 20% (мол.) пропилена при низком давлении получают сополимер, который вследствие наличия боковых метильных групп по своим механическим свойствам приближается к полиэтилену низкого давления. При более высоком содержании метильных групп [до 50% (мол.) пропилена] сополимер приобретает высокоэластические свойства, что обусловлено ослаблением межмолекулярного взаимодействия между молекулярными цепями и возможностью в результате теплового движения изгибаться и непрерывно изменять свою форму. [c.65] Сополимеризацией различных мономеров можно изменить механические свойства полимеров в требуемом направлении. Например, при сополимеризации винилхлорида и винилацетата снижается суммарный эффект действия полярных связей, поэтому полученный сополимер может быть использован для производства пленок и волокон. Кроме того, для его пластификации вводится меньше пластификатора по сравнению с поливинилхлоридом при достижении одинакового эффекта. [c.66] Другим примером может служить полистирол, являющийся жестким материалом, нестойким к ударным нагрузкам. Это обусловлено значительным межмолекулярным взаимодействием вследствие большого содержания ароматических циклов, энергия когезии между которыми очень велика (22,6 кДж/моль для —СбНа по сравнению с 2,8 кДж/моль для —СНд—). Значительные межмолекулярные силы, распределенные неравномерно, вызывают внутренние напряжения в материале и приводят к образованию трещин. Сополимеризацией стирола с акрилонитрилом (СНг = СНСМ) и бутадиеном (СН2 = СН—СН = СН2) получают материал более эластичный, чем полистирол общего назначения, за счет уменьшения межмолекулярного взаимодействия и снятия внутренних напряжений. [c.66] Наиболее эффективным методом получения полистирола, стойкого к действию ударных нагрузок, является прививка полистирола на бутадиеновый и бутадиен-стирольный каучуки. Ударопрочный полистирол представляет собой сложную композицию, в которой привитой сополимер (до 15%) распределен особым образом в полистироле. [c.66] Модуль упругости при изгибе, МПа. [c.67] Одним из способов упрочения линейных полимеров является ориентация их макромолекул в определенном направлении. Наиболее часто этим способом пользуются для улучшения механических свойств кристаллических полимеров. [c.67] Возрастание напряжения при растяжении вызывает разрушение исходной надмолекулярной структуры и переход одной кристаллической формы в другую, при которой макромолекулы располагаются параллельно направлению вытягивания. Полимер с ориентированным расположением макромолекул сильнее сопротивляется разрыву в направлении ориентации. Это является результатом того, что в ориентированных полимерах приложенному усилию на единице площади противодействует большее число молекулярных цепей, которые вследствие параллельного расположения должны разорваться одновременно. При этом из-за сближения цепей увеличивается межмолекулярное взаимодействие. Вместе с тем ориентированный полимер сохраняет гибкость и эластичность, что связано с наличием аморфной фазы. [c.67] Механические свойства полимеров связаны с их структурными особенностями. Структурная неоднородность, выражающаяся в наличии областей с различной степенью упорядоченности, дефектов структуры, обусловливает неравномерное распределение напряжений, возникновение перенапряжений на отдельных участках и зарождение трещин. Полимеры глобулярной структуры являются хрупкими (деформация при разрушении чрезвычайно мала). Это объясняется тем, что материал разрушается по границам глобул, слабо связанных между собой. В результате механических воздействий глобулы могут разворачиваться, и глобулярная структура может переходить в фибриллярную. При этом полимер приобретает способность к большим деформациям. [c.68] Изоляционные пленки эмалированных проводов также имеют сетчатое (трехмерное) строение. Эти пленки способны сильно растягиваться (до 70%), что объясняется отчасти значительными адгезионными силами, возникаюшими между эмалевой пленкой и медной проволокой адгезионные силы — силы взаимодействия между разнородными материалами, обеспечивающие их прилипание друг к другу, или адгезию). Механическая прочность и эластичность пленок зависят от химического строения пленкообразующего — от частоты полимерной сетки. Например, при увеличенном содержании функциональных гидроксильных групп в исходном полиэфире эмалевая пленка приобретает хрупкость, а при низком содержании— неудовлетворительную механическую прочность и твердость. Пленка имеет плохие механические показатели, если процесс поликонденсации не завершен полностью. [c.69] Влияние наполнителей и пластификаторов. Механические свойства полимерных материалов могут быть существенно изменены введением в них наполнителей или пластификаторов. Наполнители улучшают прочностные свойства, пластификаторы — деформационные при их введении в полимер одни свойства улучшаются, а другие ухудшаются. [c.69] Упрочнение объясняется также уменьшением в материале микродефектов, являюшихся зародышами разрушения. При введении наполнителя объем полимера разделяется на тонкие прослойки, в которых неоднородных крупных структур меньше, чем в толстых слоях. В прослойках менее вероятно появление внутренних напряжений, образование и развитие трещин трещина, образовавшаяся в слое, расположенном между частицами наполнителя, не прорастает в объем материала, так как задерживается этими частицами. [c.70] Вернуться к основной статье