Физические свойства некоторых полимеров

Таблица 1

 

Свойство	Полимер
полиэтилен	полипропилен	полистирол	Поливинил- хлорид	Полиметил-метакрилат (плексиглас)	политетра-фтор­этилен (фторопласт)
Плотность, г/см3	0,91—0,67	0,90—0,92	1,04—1,05	1,35— 1,43	1,19	2,15—2,24
Температура стеклования, °С	102—137*	160—175*	82—95	75—80	115—120	327*
Предел прочности при растя- же­нии, МПа	7—45	24—40	40—50	40—60		14—29
Относительное удлинение при разрыве, %	100—1200	200—800 '	—	—	—	250—500
Удельное электрическое со­противление, Ом-см	1017-1018	1017	1014—1016	10м—1016	1011-1012	1015-1018
Диэлектрическая проница – е­мость	2,2—2,4		2,5—2,6	3,5—4,5	2,8—3,5	1,9—2,2

*Температура плавления.

 

Химические свойства некоторых полимеров

Таблица 2

 

Свойство	Полимеры
полиэтилен	полистирол	Поливинил- хлорид	Полиметил-метакрилат (плексиглас)	силиконы	Политетра-фтор­этилен (фторопласт)
Устойчивость к действию
а) растворов кислот	Стоек	Стоек в слабых растворах	Стоек	Стоек в минеральных кислотах	Стойки	Стоек
б) растворов щелочей	Стоек	Стоек в слабых растворах	Стоек	Стоек	Не стоек	Стоек
в) окислителей	Стареет	Стоек	Стоек	Стоек	Стойки	Стоек
Растворимость в углеводородах
а) алифатических	Набухает	Набухает		Стоек		Стоек
б) ароматических	Растворяется при нагреве	Растворяется	Не растворяется	Растворим	Растворимы	Стоек
Растворители	Бензол при нагревании	Спирты, фенолы, стирол	Тетрагидрофуран, дихлорэтан	Дихлорэтан, кетон	Эфиры, хлоругле- водороды	Растворы некоторых комплексов

 

 

Механические свойства полимеров определяются элементным составом, молекулярной массой, структурой и физическим со­стоянием макромолекул.

Для полимеров характерны некоторые особенности, такие, как высокоэластическое состояние в определенных условиях, механи­ческое стеклование, способность термореактивных макромолекул образовывать жесткие сетчатые структуры. Механическая проч­ность полимеров возрастает с увеличением их молекулярной массы, при переходе от линейных к разветвленным и далее сетчатым структурам. Стереорегулярные структуры имеют более высокую прочность, чем полимеры с разупорядоченной структу­рой. Дальнейшее увеличение механической прочности полимеров наблюдается при их переходе в кристаллическое состояние. На­пример, разрывная прочность кристаллического полиэтилена на 1,5—2,0 порядка выше, чем прочность аморфного полиэтилена. Удельная прочность на единицу площади сечения кристалличе­ских полимеров соизмерима, а на единицу массы на порядок превышает прочность легированных сталей.

Электрические свойства полимеров. Все вещества подразде­ляются на диэлектрики, полупроводники и проводники.

Диэлектрики имеют очень низкую проводимость ( <10^-8 Ом· см^-1), которая увеличивается с повышением температуры. Под действием внешнего электрического поля про­исходит поляризация диэлектриков, т. е. определенная ориента­ция молекул. Вследствие поляризации внутри диэлектрика воз­никает собственное электрическое поле, которое ослабляет воздействие внешнего поля. Количественной характеристикой ослабления воздействия внешнего поля служит диэлектрическая проницаемость, показывающая, во сколько раз сила взаимо­действия двух зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме. Вследствие поляризации в диэлектрике возникают диэлектриче­ские потери, т. е. превращение электрической энергии в тепло­вую. При некотором высоком напряжении внешнего электриче­ского поля диэлектрик теряет свои электроизоляционные свойства. Это напряжение получило название напряжения пробоя, а отношение напряжения пробоя к толщине диэлектрика - элек­трической прочности.

Большинство полимеров относится к диэлектрикам. Однако их диэлектрические свойства лежат в широких пределах и зави­сят от состава и структуры макромолекул. Диэлектрические свой­ства в значительной степени определяются наличием, характером и концентрацией полярных групп в макромолекулах. Наличие у макромолекул галогенных, гидроксидных, карбоксидных и других полярных групп ухудшает диэлектрические свойства полимеров. Например, диэлектрическая проницаемость поливинилхлорида в 1,5 раза ниже, удельная электрическая проводимость и электри­ческая прочность на порядок ниже, а диэлектрические потери на два порядка выше, чем аналогичные показатели у полиэтиле­на. Поэтому хорошими диэлектриками являются полимеры, не имеющие полярных групп, такие, как фторопласт, полиэтилен, полиизобутилен, полистирол. С увеличением молекулярной массы полимера улучшаются его диэлектрические свойства. При пере­ходе от стеклообразного к высокоэластическому и вязкотекучему состояниям возрастает удельная электрическая проводимость полимеров.

Электрическая проводимость диэлектриков обусловлена дви­жением ионов, образующихся при деструкции полимеров, а так­же диссоциацией примесей, включая низкомолекулярные про­дукты поликонденсации, растворители, эмульгаторы, инициаторы и катализаторы полимеризации. Поэтому для улучшения диэлек­трических свойств необходимо удалять примеси из полимеров. Некоторые функциональные группы, например гидроксидные, обусловливают гидрофильность полимеров. Такие полимеры по­глощают воду. Наличие воды приводит к повышению электриче­ской проводимости полимеров, поэтому гидроксидные группы стремятся связать между собой или с другими группами (реак­ция конденсации).

Полимерные диэлектрики широко применяются в электротех­нике и радиотехнике как материалы различных электротехниче­ских изделий, защитных покрытий кабелей, проводов, изоляцион­ных эмалей и лаков.

Органические полупроводники. К полупроводни­кам относят вещества, электрическая проводимость которых ле­жит в пределах 10^-10—10^-4 Ом· см^-1. Электрическая прово­димость полупроводников возрастает с увеличением температуры и при воздействии света. Некоторые полимеры обладают полу­проводниковыми свойствами. Обычно это полимеры с системой сопряженных двойных связей. Полупроводниковые свойства та­ких полимеров обусловлены наличием делокализованных -электронов сопряженных двойных связей.

В электрическом поле определенного напряжения эти элек­троны могут перемещаться вдоль цепи, обеспечивая перенос за­ряда. Примерами органических полупроводников могут служить полиацетилен, поливинилены, полинитрилы, полиакрилонитрил.

В последние годы было открыто явление резкого возрастания электрической проводимости полиацетилена и некоторых других органических полупроводников при введении в эти полимеры ка­тионов, например ионов Li⁺, или анионов, например ионов ClO . Легированные органические полупроводники могут приме­няться в качестве электродных материалов аккумуляторов, плас­тин конденсаторов, а в перспективе и для замены металлов (ор­ганические металлы).