ТПМК билеты ответы. Особенности термопластичных и термореактивных полимеров
 Скачать 31.33 Kb.
|
|
Особенности термопластичных и термореактивных полимеров. Термопласты - сравнительно мягкие материалы. Большинство линейных гибкоцепных полимеров и полимеров с относительно небольшим содержанием боковых ветвей принадлежат к классу термопластов. Если говорить о молекулярном уровне, то это означает, что с повышением температуры вторичные связи разрушаются благодаря интенсивным молекулярным движениям. При этом становится возможным относительное перемещение соседних цепей при приложении напряжений. Если же расплавленный термопласт нагреть до слишком высокой температуры, то при литье под давлением начинает ся необратимая термодеструкция (разрушение он перегрева полимера). Производство изделий из таких материалов происходит при одновременном воздействии повышенных температур и давления. Примеры обычных распространенных термопластов это полиэтилен, полистирол, полиэтилентерефталат и поливинилхлорид. Термореактивные полимеры — это материалы с сетчатой структурой. Они становятся твердыми непосредственно в процессе их изготовления, остаются в таком состоянии и не размягчаются при нагревании. В сетчатых полимерах существует сетка ковалентных связей между соседними молекулярными цепями. При нагревании эти связи сохраняются и препятствуют вибрационным или ротационным движениям молекул. Поэтому они остаются твердыми при повышении температуры. Сетка поперечных сшивок - довольно плотная: От 10 до 50% повторяющихся единиц в цепи связаны поперечными связями Лишь нагревание до очень высоких температур приводит к разрушению этих связей, и, как следствие, полимер деструктирует Как правило, реактопласты более жесткие и более прочные материалы по сравнению с термопластами, так что изделия из них лучше сохраняют приданную им форму. Большинство сшитых и сетчатых полимеров, включая и вулканизованные каучуки, а также эпоксидные и фенольные смолы, а также полиэфиры, относятся к классу реактопластов. 2.Назовите основные признаки, по которым классифицируются композиционные материалы. Классифицируют КМ последующим основным признакам: • материалы матрицы и армирующих элементов; • геометрия компонентов; • структура и расположение компонентов; • метод получения. Иногда КМ разделяют по назначению, но так как одни и те же КМ могут иметь различное назначение, то этот принцип классификации используют редко. Полная характеристика КМ должна содержать все указанные признаки, на практике же обычно ограничиваются одним- двумя из них. По материалам матрицы композиты можно разделить следующим образом: • полимерные; • металлические; • керамические. По структуре композиты делятся на несколько основных классов: • волокнистые; • слоистые; • дисперсноупрочненные (ДКМ); • упрочненные частицами; • нанокомпозиты. По расположению компонентов КМ разделяются на следующие группы: • с каркасной структурой; • с матричной структурой; • со слоистой структурой; • с комбинированной структурой. В группу КМ с каркасной структурой входят, например, псевдосплавы, полученные методом пропитки; с матричной — ДКМ и армированные материалы; со слоистой — композиции из набора фольг или листов материалов различной природы или состава; с комбинированной — материалы, содержащие комбинации первых трех групп (например, псевдосплавы, каркас которых упрочнен дисперсными включениями, относятся к материалам, содержащим каркасную и матричную структуры). 3.Приведите основные структуры распределения наполнителя в композиционном материале. Наполнители используют для улучшения эксплуатационных свойств КМ (прочности, жесткости, теплостойкости), придания им различных специфических свойств и снижения стоимости. При изготовлении КМ конструкционного назначения основной целью наполнения является получение усиленного полимерного материала, т.е. материала с улучшенным комплексом физико‐механических свойств. Достигается это как введением волокнистых армирующих наполнителей, так и тонкодисперсных наполнителей, рубленого стекловолокна, аэросила и др. При создании КМ со специальными свойствами наполнители, как правило, вводятся для того, чтобы придать материалу не механиче- ские, а другие, например, электрофизические свойства. 4.Охарактеризуйте типы волокнистых наполнителей полимерных композиционных материалов. Волокнистые наполнители занимают второе место после дисперсных по объему использования. Они применяются в виде нитей, жгутов, ровингов, при создании конструкционных, высокопрочных и высокомодульных КМ. Волокнистые наполнители получают из металлов (сталь, железо, вольфрам, молибден, титан), кварца, базальта, керамики, полимеров. Наиболее распространенные стеклянные, углеродные, базальтовые, борные, полимерные волокна диаметром 5-100 мкм, круглого и профильного сечений. Особый интерес представляют монокристаллические волокна (нитевидные кристаллы или «усы»), полученные из металлов, их окислов, карбидов, нитридов. Они отличаются исключительно высоким модулем упругости и прочностью при растяжении. По структуре волокнистые наполнители классифицируются на 4 группы: однонаправленные непрерывные, тканевые, объемного плетения и нетканые. 5.Особенности угленаполненных полимерных композиционных материалов. 6.Чем обусловлена анизотропия свойств в композиционном материале? Анизотропия (от др. uреч. ἄνισος — неравный и τρόπος — направление) - зависимость свойств материала (например, механических: предела прочности, относительного удлинения, твердости, износостойкости и др.) от направления внутри этого материала. Композиционные материалы представляют собой искусственные анизотропные материалы, созданные, как правило, из двух и более материалов, часто различной природы. Композиционный материал состоит из армирующего прочного материала (как правило анизотропного) и связующего изотропного вещества с более низкими свойствами. Часто в качестве армирующего элемента используются высокопрочные волокна – графитовое или борное волокно, стекловолокно и т.д. (рис.6 а). Понятно, что в продольном сечении материал можно рассматривать как анизотропный (рис. 6 б), в поперечном сечении – как изотропный, т.к. сечение волокна сферическое (рис. 6в). Из элементарных соображений понятно, что свойства композиционного материала вдоль волокна будут существенно отличаться от свойств в поперечном направлении. Этот случай анизотропии представляет собой частный случай анизотропии под названием ортотропия (от др. греч. ὀρθός — прямой и τρόπος — направление) —различие свойств материала по взаимно перпендикулярным направлениям. 7.Назовите основные дисперсные наполнители, применяемые для получения полимерных композиционных материалов. К дисперсным наполнителям, используемым для придания материалу специальных электрофизических свойств, относятся сажа, графит, порошки металлов, рубленые волокна для электропроводящих, порошки металлов и ферриты для магнитных КМ, порошки сегнетоэлектриков (например, титанат бария) для сегнетоэлектрических КМ. Ещё одной группой дисперсных наполнителей, которые всё чаще используются в настоящее время, являются полиме- ры в форме дисперсных частиц. 8. Дайте определение понятию «нанокомпозиционный материал». Нанокомпозиты (наполнитель – частицы с размером менее 100 нм) являются уникальными материалами. Основные отличия их от макро- и микрокомпозитов заключаются в огромной удельной поверхности раздела наполнитель – матрица, в большой объёмной доле межфазной границы и малых средних расстояниях между частицами наполнителя. 9. Перечислите методы получения нанокомпозитов Высокая поверхностная энергия и малый размер наночастиц требуют модификации традиционных способов смешения и разработки новых, специально приспособленных для преодоления указанных ограничений. Так, смешение в растворе обеспечивает эффективное дезагрегирование нанотрубок. Однако этот метод неприменим для нерастворимых полимеров. Смешение в расплаве неэффективно в плане разрушения агрегатов наночастиц, но наиболее применимо для крупномасштабного производства. Полимеризация in situ обеспечивает сильное взаимодействие наполнителя и матрицы, что требуется в ряде случаев. Использование термореактивных матриц аналогично смешению в растворе. Электроформование позволяет получать нити и волокна. В ряде случаев модификация и интенсификация традиционных способов смешения позволяет достичь желаемого результата. Так, например, использование сверхкритических жидкостей (СО2) в экструдере позволяет снизить вязкость расплава и эффективно диспергировать нанонаполнитель. Аналогичного результата можно достичь, используя ультразвуковую интенсификацию экструзионного процесса. Среди новых способов формования нанокомпозитов следует отметить метод послойного формования Метод набухания используется для введения нанотрубок в тонкий поверхностный слой полимера для придания антистатических свойств и повышения трещиностойкости. 10. Назовите основные методы получения полимерных композиционных материалов. Метод формования – один из основных при получении углепластиков, он имеет разнообразные технологические оформления. Другой способ получения некоторых видов изделий из армированных пластиков (например, труб) – непрерывная намотка изделий. Для них используются нити, ровница и пряди. Сматываясь с бобин, они проходят через ванну, где пропитываются связующим компонентом и наматываются на вращающийся металлический сердечник. Таким образом, можно сказать, что технологические способы изготовления армированных КМ зависят от формы изделия, типа наполнителя и связующего. Кроме указанных выше методов применяют также контактновакуумное, центробежное, ручное формование и др. Последующая стадия – отверждение, условия которого определяются типом выбранного связующего (холодное и радиационно-химическое отверждение, высокочастотный нагрев и др.). Одним из перспективных новых методов получения КМ является метод полимеризационного наполнения, при котором полимер синтезируется из мономера в присутствии частиц наполнителя, на поверхность которого предварительно был нанесён катализатор. В этом случае процесс полимеризации начинается непосредственно на поверхности частиц наполнителя. КМ, полученный таким образом, характеризуется тесным контактом между матрицей и наполнителем и более равномерным распределением наполнителя в матрице, чем при смешении в расплаве или растворе полимера. Другим перспективным методом является наполнение полимеров металлами, при котором частицы наполнителя формируются в присутствии полимера. Этот способ заключается в восстановлении металлов из их солей методом противоточной диффузии соли и восстанови- теля непосредственно в полимерной матрице. В качестве матрицы берется либо водонабухающий полимер (ПВС и т.п.), либо пористый полимер, пористая структура которого сформирована, например, по механизму крейзинга. Последний представляет собой холодную вытяжку полимера в присутствии физически активных жидких сред (например, н-бутанола), при которой в полимере образуются особые зоны пластически деформированного полимера – крейзы, т.е. микропоры, разделённые фибриллами ориентированных макромолекул. Структура и количество микропор зависят от режима деформирования, температуры и т.д. Новый метод позволяет регулировать количество наполнителя в матрице, характер распределения частиц наполнителя и их размеры. |