Учебно-методический комплекс дисциплины «физико-механические свойства полимеров» (стр. 7 )

?0=ql,

где q—величина заряда; l — расстояние между разделенным положительным и отрицательным зарядами, длина диполя. Для жесткой вытянутой макромолекулы:

где ?0 — постоянный момент диполя мономерного звена; р — число звеньев в цепи.

4. Наиболее изучены полимерные полупроводники с системой сопряженных связей. Они могут быть получены тремя методами: путем полимераналогичных превращений, поли­меризации по тройным связям и – CN -, поликонденсацией ароматических соединений. Характерным свойством полимеров с системой сопряжения является наличие парамагнит­ных центров. Для их электриче­ских свойств характерны электронная проводимость, фотоэлек­трический эффект, т. е. увеличение проводимости при действии электромагнитного излучения, уменьшение проводимости с по­вышением температуры.

Практическое использование полимеров с полупроводнико­выми свойствами связано с созданием мате­риалов с антистатическими свойствами. Возможно их использование в качестве элементов фотоэлектрических дат­чиков и выпрямляющих устройств и т. д.

Электропроводящие полимерные материалы с удельным со­противлением порядка 10-3~103 Ом. см в настоящее время соз­даются в основном на основе наполненных полимерных компо­зиций. В качестве наполнителя применяются тонкодисперсные металлы, а также сажа и гра­фит. Электрическая проводимость материала возникает за счет контактного взаимодействия частиц наполнителя, при этом ее максимальные значения достигаются при содержании наполните­ля свыше 50%. Электропроводящие полимерные материалы используются для изготовления нагревательных элементов, гибких электродов, печатных электрических схем и т. д.

Лекция 14 - Магнитные свойства полимеров с системой сопряженных связей

Содержание:

Магнитные свойства твердых тел Магнитные свойства полимеров с системой сопряженных связей

1. В веществе, помещенном в магнитное поле с напряженностью Н, возникает магнитная индукция В, котроая может быть больше или меньше Н в зависимости от природы вещества. Магнитная индукция связана с напряженностью поля уравнением:

В=Н + 4?I

Где I – намагниченность.

Отношение магнитной индукции к напряженности поля В/Н называется магнитной проницаемостью вещества и обозначается ?, а отношение намагниченности к напряженности поля I/H называется магнитной восприимчивостью вещества и обозначается ?. Тогда

?=1 + 4??

явления, наблюдаемые при взаимодействии внешнего магнитного поля с веществом, делят на 4 класса: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнитизм, антиферромагнитизм.

2. Особенности магнитных свойств полимеров с сопряженными связями определяются двумя факторами:

Свойствами отдельной макромолекулы Характером упаковки этих макромолекул

Применяя положения зонной теории к отдельной макромолекуле с сопряженными связями, можно считать, что ?-электроны находятся в периодическом потенциальном поле, создаваемом цепочкой атомов углерода. В возникающем энергетическом спектре макромолекулы имеется группа уровней, полностью занятых ?-электронами, над которой находится группа свободных уровней. Между этими группами уровней расположена запрещенная полоса, ширина которой уменьшается с увеличением степени сопряжения в макромолекуле. С удлинением цепи сопряжения облегчается возбуждение электронов на свободные уровни с образованием в молекуле коллектива квазисвободных электронов, т. е., взаимодействующих электронов, свободно перемещающихся вдоль макромолекулы.

Наиболее характерной особенностью полимеров с сопряженными связями является наличие интенсивного сигнала ЭПР, который показывает что в таких полимерах имеется большое число неспаренных электронов. При достаточной длине сопряженной цепи энергия возбуждения ?-электронов настолько уменьшается, что уже при комнатной температуре имеется большое число неспаренных электронов на высших уровнях.

Существуют две гипотезы, объясняющие такие особенности сигнала ЭПР в полимерах с сопряженными связями. Первая гипотеза основана на том, что в полимере всегда имеется небольшая доля молекул с высоким молекулярным весом, в которых электроны легко переходят в возбужденное состояние, и что такие молекулы в специфических условиях полимеризации стабилизуются в виде устойчивых бирадикалов.

Второй, более общей гипотезой является предположение о возникновении в структуре полимера отдельных центров типа комплексов с переносом заряда. Роли донора и акцептора в таких центрах могут играть различные макромолекулы, различающиеся своим сродством к электрону.

Лекция 15 - Композиционные полимерные материалы

Содержание:

Композиционные полимерные материалы. Армированные материалы. Наполненные полимеры.

1. Практически любой современный конструкционный или строительный материал представляет собой композицию. Это полностью относится к полимерным материалам, которые являются не индивидуальными ВС, а полимерными композициями, содержащими кроме полимера-связующего еще наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и т. д. прочность полимерных композиций, содержащих наполнитель, обусловлена силами когезии, действующими между макромолекулами, и силами адгезии, связывающими наполнитель с полимером. Адгезия – сцепление приведенных в контакт разнородных материалов, вызванное межмолекулярным и химическим взаимодействием. Различают адгезионное разрушение – адгезив полностью отделяется от субстрата, когезионное – разрыв в объеме адгезива или субстрата и смешанное – одновременно адгезионное и когезионное разрушение.

Рис. 1 схема разрушения адгезионного соединения: 1 – адгезив, 2 – субстрат, а – адгезионное разрушение, б – когезионное разрушение, в – смешанное разрушение

2. Армированные пластики – композиции, состоящие из полимеров и высокопрочных волокон (стеклянные, химические и синтетические и т. д.) . в армированных пластиках удается сочетать высокую прочность, характерную для волокнистых материалов, с упругостью, свойственной полимерам. При этом волокно выполняет роль армирующего материала, а полимер – роль связующего, служащего для передачи напряжения во время деформации образца от волокна волокну и скрепляющего их между собой. Связующее обеспечивает большую одновременность работы всех волокон, более согласованное сопротивление разрыву, что и приводит к возрастанию прочности.

3. идеально наполненный полимер является системой тонких адсорбированных пленок ВМ вещества, фиксированных между частицами наполнителя и удерживаемых силами адгезии. Работа А, отнесенная к единице объема наполненного или чистого полимера, называется его энергией упругости. Мерой упрочняющего действия наполнителя служит величина ?А – изменение энергии упругости, обусловленное введением наполнителя. Наполнители, увеличивающие энергию упругости полимера, называются активными. Неактивные не повышают эту энергию. У активных наполнителей полимер обволакивает частицы наполнителя, прочно связывается с ним в виде ориентированных пленок. Чем меньше измельчен наполнитель, т. е. чем больше суммарная поверхность его частиц и чем выше сродство полимера к нему, тем больше убыль свободной энергии и прочность связи между компонентами композиций.

       В металлонаполненных полимерах наполнителями являются порошкообразные металлы или металлические волокна. Они отличаются высокой прочностью, термостойкостью, тепло - и электропроводностью.

       Эластичные материалы наполнены порошкообразными ферритами и сочетают магнитные и электроизоляционные свойства с гибкостью, мягкостью, низкой плотностью и прочностью.

2. Практические занятия

№	Практические (семинарские) занятия	Кол-во часов
1	Изучение связи между структурой и физико-механическими свойствами полимеров	1
2	Изучение фазового перехода полимеров при кристаллизации	1
3	Изучение термомеханических свойств полимеров	1
4	Изучение термомеханических свойств полимеров методом свободно-затухающих колебаний	1
5	Изучение механических свойств  полимеров методом динамометрии	1
6	Изучение релаксационных явлений в полимерах	1
7	Изучение гистерезиса в полимерах	1
8	Кинетика кристаллизации полимеров из расплава	1
9	Изучение морфологии полимера в ориентированном состоянии	1
10	Оценка влияния температуры на деформационные свойства полимеров	3
11	Определение электрической прочности полимеров	1
12	Определение магнитных характеристик полимеров	1
13	Композиционные полимерные материалы	1

3. Самостоятельная работа магистрантов

1. Структура кристаллических полимеров

2. Структура аморфных полимеров

3. Пластификация полимеров

4. Бромистоводородная и иодистоводородная кислоты

5. Кристаллизация полимеров из расплава. Кристаллическая структура полимера

6. Термомеханическая кривая аморфных полимеров

7. Термомеханическая кривая кристаллических полимеров

8. Принцип температурно-временной суперпозиции

9. Деформационные свойства полимеров

10. Прочностные свойства полимеров

11.  Модель структуры ориентированного кристаллического полимера

12.  Долговечность полимера. Уравнение Журкова

13. Диэлектрическая проницаемость полимеров

14. Электрические моменты диполя полимеров

15. Электропроводящие полимеры