4.3. Полимеры

Это вещества, на основе высокомолекулярных соединений, обычно многокомпонентные и многофазные (от греч. polimeres - состоящий из многих частей). Полимерные материалы отличаются широкими возможно­стями регулирования состава, структуры и свойств. Молекулы органиче­ских веществ, состоящие в основном из атомов углерода и водорода, чаще всего образуют полимеры, т.е. длинные цепи, а не трехмерные кристалли­ческие структуры. Основные типы полимерных материалов - пластические массы, резины, лакокрасочные материалы, клеи, смолы и др.

Общей чертой полимеров является ковалентная связь. На одном конце спектра материалов этого класса находятся линейные полимеры, в которых атомы (часто атомы углерода) соединены в очень длинные цепочки (макромолекулы) сильными ковалентными связями. Связь ме­жду цепочками обусловлена слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Эти ве­щества никогда не бывают полностью кристаллическими. Они - основа древесины и термопластиков. На другом конце спектра этих материалов располагаются полимеры с замкнутой пространственной структурой

трехмерные ковалентные молекулы которых образуются путем полиме­ризации "мономерных" единиц. Поскольку в состав полимеров часто входит водород, то наряду с силами Ван-дер-Ваальса для этого типа материалов характерны и водородные связи. Полимеры являются осно­вой не только пластиков, но и материалов, производимых лакокрасоч­ной и резиновой промышленностью, а также промышленностью синте­тических волокон, не говоря уже о живой материи.

Существенное влияние на физические свойства полимеров оказы­вают четыре фактора, характеризующие структуру макромолекул (по­лимерных цепей). Один из факторов - средняя длина цепи, к другим трем факторам относятся сила взаимодействия между полимерными цепями, регулярность упаковки цепей и жесткость отдельных цепей. Самое сильное межмолекулярное взаимодействие возникает, когда цепи имеют поперечные мостики, т.е. образуют друг с другом химические связи. Этот процесс называют сшиванием, он часто происходит при на­гревании. Образование поперечных связей замыкает полимерные цепи в трехмерную сетку, поэтому таким полимерам при нагреве уже нельзя придать новую форму. Жесткие полимеры такого типа называют термо­активными. К ним относятся полиэфирные, эпоксидные, алкидныс и другие смолы. Трехмерная (сшитая) структура позволяет эластомерам (например, каучук) долго выдерживать достаточно высокие температу­ры и циклические нагрузки без остаточной деформации. Многие пер­спективные полимеры, напротив, термопластичны и размягчаются при нагреве (например, полиолефины, полистирол и др.).

Основные достоинства полимерных материалов: низкая стоимость, сравнительная простота изготовления, малая энергоемкость и малоотходность методов получения и переработки, невысокая плотность, вы­сокая стойкость к агрессивным средам, атмосферному и радиационному воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, высокие оптические, радио- и электротехнические свойства. Основные недостат­ки: низкая тепло- и термостойкость, большое тепловое расширение, склонность к ползучести и релаксации напряжений, для многих поли­меров - горючесть.