Схема реакции полимеризации

 

изобутилен полиизобутилен

(2–метилпропен)

Степенью полимеризации называется количество мономерных звеньев в молекуле полимера, определяющее длину полимерной цепи

=

где: – степень полимеризации; – средняя молекулярная масса полимера; М – молекулярная масса мономера.

Для изобутилена М = 56 г/моль, тогда n = 61600/56 = 1100.

З а д а ч и

 

10.1. Для данного материала: а) укажите, к каким видам композитов он относится; б) перечислите его компоненты; в) дайте физико-химические характеристики армирующей фазы и матрицы; г) объясните причины изменения свойств при сочетании этих состав-ляющих.

Т а б л и ц а 10.1

 

Вариант	Композиционный материал
	Бороалюминиевые жгуты с волокнами из бора, покрытого карбидом бора
	Бормагниевые полуфабрикаты (волокна из бора)
	Семиволоконные боралюминиевые пропитанные жгуты (волокна из бора)
	Стеклопластики на основе волокон из кварцевого стекла (SiO2) и эпоксидной смолы
	Эпоксибороволокнит (волокна из бора)
	Углемагниевые полуфабрикаты (волокна из углерода)
	Карбооргановолокнит (углеродные волокна с эпоксидной связующей)
	Углеалюминиевые полуфабрикаты (волокна из углерода)
Окончание табл. 10.1
	Углепластик (лента из углерода ЛУ-2 с эпоксидной связующей)
	Карбостекловолокнит – волокна из углерода и кварцевого стекла (SiO2) на эпоксидной связующей
	Углерод-углеродный материал на основе непрерывных углеродных волокон и пироуглерода
	Бор-алюминий (ВКА-1А) – с волокнами из бора
	Бор-магний (ВКМ-1) – с волокнами из бора
	Алюминий-углерод (ВКУ-1) – с волокнами из углерода
	Алюминий-сталь (КАС-1А) – с волокнами из стали
1’	Никель-вольфрам (ВКН-1) – с волокнами из вольфрама
2’	Спеченный алюминиевый порошок (САП) – алюминий и дисперсные частицы Al2O3
3’	Никель с включениями частиц ThO2 (ВДУ-1)
4’	Никель, упрочненный частицами HfO2 (ВДУ-2)
5’	Сплав Ni+20 % Cr, упрочненный ThO2 (ВД-3)
6’	Титановый сплав Ti-6Al-4V, упрочненный молибденовыми проволочными волокнами
7’	Титан, упрочненный волокнами карбида кремния (SiC)
8’	Медь, упрочненная волокнами вольфрама
9’	Железо, упрочненное нитевидными кристаллами Al2O3
10’	Магний, упрочненный волокнами титана
11’	Серебро с включениями дисперсных частиц Al2O3
12’	Алюминий с волокнами из стали ВНС-9
13’	Алюминий, упрочненный волокнами из SiC
14’	Магний с включениями дисперсных частиц Al2O3
15’	Алюминий с включениями дисперсного порошка K2O·6TiO2

 

 

10.2. Для заданных компонентов определите их термо-динамическую совместимость в случае получения композиционного материала.

Т а б л и ц а 10.2

 

Вариант	Компоненты композита	Вариант	Компоненты композита
	CrB2, TaB2	1’	NbB2, Nb3B2
	CrB2, NbB2	2’	NbB2, NbB
	CrB2, Nb3B2	3’	NbB2, Nb3B4
	CrB2, NbB	4’	NbB2, Cr5B3
	CrB2, Nb3B4	5’	NbB2, Cr3B4
	CrB2, Cr5B3	6’	NbB2, CrB
	CrB2, Cr3B4	7’	Nb3B2, NbB
Окончание табл. 10.2
	CrB2, CrB	8’	Nb3B2, Nb3B4
	TaB2, NbB2	9’	Nb3B2, Cr5B3
	TaB2, Nb3B2	10’	Nb3B2, Cr3B4
	TaB2, NbB	11’	Nb3B2, CrB
	TaB2, Nb3B4	12’	NbB, Nb3B4
	TaB2, Cr5B3	13’	NbB, Cr5B3
	TaB2, Cr3B4	14’	NbB, Cr3B4
	TaB2, CrB	15’	NbB, CrB

 

10.3. Для композита с расплавленной матрицей (Ge с растворенным в нем кислородом) и армирующей фазой в виде смеси порошков оксидов ZrO₂ и СаО рассчитайте:

а) содержание кислорода в расплаве, пользуясь методом ЭДС, если дано: Т = 1233; Δ G = 149640 кДж/моль; Е – по данным табл. 10.3;

б) величину Δ G при трех температурах, согласно табл. 10.4.

 

Т а б л и ц а 10.3

 

Вариант	Е	Вариант	Т, К
	0,924	1’	1260, 1280, 1300
	0,923	2’	1280, 1300, 1320
	0,922	3’	1300, 1320, 1340
	0,921	4’	1320, 1340, 1350
	0,920	5’	1340, 1350, 1360
	0,919	6’	1350, 1360, 1370
	0,918	7’	1260, 1300, 1340
	0,917	8’	1280, 1320, 1350
	0,916	9’	1300, 1340, 1360
	0,915	10’	1320, 1350, 1370
	0,914	11’	1260, 1320, 1360
	0,913	12’	1260, 1280, 1340
	0,912	13’	1280, 1350, 1370
	0,910	14’	1300, 1360, 1370
	0,908	15’	1260, 1340, 1360

 

 

Т а б л и ц а 10.4

 

	Уравнение
Вариант	Химической реакции	для Δ G , кДж/моль, СО(г)	Т, К
	TiO2(т)+C→TiC(т)+2CO(г)	221 – 0,136 Т
	TiO2(т)+C→TiC(т)+2CO(г)	221 – 0,136 Т
	ZrO2(т)+3C(т)→ZrС(т) + 2СО(г)	330,8 – 0,167 Т
	ZrO2(т)+3C(т)→ZrС(т) + 2СО(г)	330,8 – 0,167 Т
	ZrO2(т)+3C(т)→ZrС(т) + 2СО(г)	330,8 – 0,167 Т
	HfO2(т)+3C(т) →HfC(т)+2CO(г)	339,1 – 0,176 Т
	HfO2(т)+3C(т) →HfC(т)+2CO(г)	339,1 – 0,176 Т
	V2O3(т)+5C(т) →2VC(т)+3CO(г)	324,5 – 0,272 Т
	V2O3(т)+5C(т) →2VC(т)+3CO(г)	324,5 – 0,272 Т
	Nb2O5(т)+7C(т) →2NbC(т)+5CO(г)	180 – 0,147 Т
	Nb2O5(т)+7C(т) →2NbC(т)+5CO(г)	180 – 0,147 Т
	Ta2O5(т)+7С(т) →2ТаС(т)+5СО(г)	203,1 – 0,142 Т
	Ta2O5(т)+7С(т) →2ТаС(т)+5СО(г)	203,1 – 0,142 Т
	3Cr2O3(т)+13C(т) →2Cr3C2(т)+9СО(т)	141,1 – 0,167 Т
	3Cr2O3(т)+13C(т) →2Cr3C2(т)+9СО(т)	141,1 – 0,167 Т

 

10.4. Рассчитайте константу равновесия для: а) твердофазной химической реакции (табл. 10.4);

б) реакции в растворе при химическом восстановлении покрытий на армирующую фазу (табл. 10.5).

 

Т а б л и ц а 10.5

 

Вариант	Восстанавливаемый ион	Восстановитель а восстановителя=1моль/л	а
1’	Co2+	N2H4	0,05
2’	Cu2+	N2H4	0,10
3’	Ag+	H2C2O4	0,15
4’	Cu2+	H2C2O4	0,45
5’	Cu2+	HCHO (pH < 7)	0,35
6’	Ag+	HCHO (pH < 7)	0,25
7’	Ni2+	H3PO2	0,65
8’	Fe2+	H3PO2	0,45
9’	Ni2+	HPO	0,35
10’	Fe2+	HPO	0,40
Окончание табл. 10.5
11’	Cr3+, [Cr(OH)6]3-	HCHO (pH > 7)	0,71
12’	Ni2+, [Ni(OH)6]3-	HCHO (pH > 7)	0,35
13’	Cu2+	CH3CHO	0,25
14’	Ag+	CH3CHO	0,10
15’	Co2+	H2PO	0,40

 

10.5. Напишите схему реакции полимеризации мономера и оп-ределите степень полимеризации или среднюю молекулярную массу этого полимера.

Т а б л и ц а 10.6

 

Вари- ант	Мономер	Mn	Вари- ант	Полимер	n
	Этилен	4,2·106	1’	Полибутилен
	Пропилен	756·103	2’	Полиакриловая кислота
	Винилхлорид	606·103	3’	Полибутадиен
	Стирол	936·103	4’	Полиэтиленоксид
	Акриловая кислота	355·103	5’	Полиакрилонитрил
	Метакриловая кислота	51·104	6’	Полистирол
	Метилакрилат	875·103	7’	Политетрафторэтилен
	Метилметакрилат	198·103	8’	Поливинилацетат
	Тетрафторэтилен	150·103	9’	Полиизопрен
	Винилацетат		10’	Полиметилметакрилат
	Бутадиен	520·103	11’	Полиметакриловая кислота
	Оксид этилена		12’	Поливинилхлорид
	Изопрен		13’	Полипропилен
	Акрилонитрил		14’	Полиметилакрилат
	α-метилстирол	1428·103	15’	Поли-α-метилстирол

 

 

10.6. Какой из приведенных полимеров является неорганичес-ким: а) полиэтилен; б) оксид кремния; в) оксид натрия; г) сульфид серебра?

10.7. Какое вещество является мономером для получения при-родного каучука?

10.8. Приведите формулу мономера, из которого получают по-листирол.

10.9. Какие аминокислоты (α-, β- или γ-) являются структурными звеньями природных белков?

10.10. Среди приведенных полимеров укажите сополимер: 1) бу-тадиеновый каучук; 2) изопреновый каучук; 3) бутилкаучук.

10.11. Какой из приведенных полимеров является природным:

а) 1) найлон-6,6; 2) полиуретан; 3) целлюлоза;

б) 1) полихлоропрен; 2) гуттаперча; 3) капрон?

10.12. Реакцией полимеризации из приведенных мономеров (табл. 10.6) получен …

а) 1) полиэтилен; 2) полиэфир; 3) хлорин;

б) 1) фенопласт; 2) полиуретан; 3) полихлорвинил.

10.13. Назовите армирующий компонент в приведенных поли-мерных композитах: а) текстолит; б) стеклопластик; в) полимер- бетон.

10.14. Какой из приведенных полимеров способен образовы-вать сетчатые структуры:

а) 1. Полипропилен; 2. Фенолформальдегидная смола; 3. Поли-изобутилен;

б) 1. Полиизопрен; 2. Полистирол; 3. Полиметилметакрилат;

в) 1. Полиакрилонитрил; 2. Полибутадиен; 3. Полиамид?

10.15. Среди названных полимеров выберите стереорегуляр-ные:

а) 1. Вискоза; 2. 1,3-полибутадиен; 3. Полистирол;

б) 1. Полиэтилен; 2. Гуттаперча; 3. Поливинилацетат.

10.16. Какие полимеры способны образовывать волокна: 1) лав-сан; 2) тефлон; 3) оргстекло?

10.17. Мономером полиэтилена является … а) С₂Н₂; б) С₃Н₆; в) С₂Н₄; г) С₂Н₆.

10.18. Свойство тел изменять свою форму в нагретом состоя-нии и сохранять ее после охлаждения называют:

а) термопластичностью; б) термореактивностью; в) пластич-ностью.

10.19. Укажите формулы мономеров следующих полимеров: поливинилхлорид; полистирол; натуральный каучук.

10.20. Из приведенных волокон искусственным является: а) ней-лон; б) вискоза; в) капрон.

10.21. Из указанных полимеров термопластичными являются: а) поливинилхлорид; б) фенопласт; в) полистирол; г) натуральный каучук.

10.22. Как отличаются по строению кристаллические и аморф-ные полимеры?

10.23. Полимеры, которые при повышенной температуре не раз-мягчаются и не плавятся, называются: а) термопластичными; б) тер-моупругими; в) термореактивными.

 

10.24. Укажите структурное звено полиэтилена: а) –СН₂–;

б) –СН=СН–; в) –СН₂–СН₂–; г) –СН₂–СН–.

|

СН₃

10. 25. Укажите структурное звено бутадиенового каучука:

а) –СН₂–СН₂–СН₂–СН₂–; б) –СН₂–СН=СН–СН₂–;

в) –СН₂–СН–СН₂–; г) –СН=СН–СН₂–СН₂–.

|

СН₃

10.26. Укажите формулу мономера полиметилметакрилата:

 

 

 

 

10.27. Мономером полипропилена является: а) СН₃–СН₃;

б) СН₃-СН=СН₂; в) СН₃–СН₂–СН₃; г) СН₂–С≡СН.

10.28. Термореактивными пластмассами являются: а) фенопласт; б) полиэтилен; в) поливинилхлорид; г) полистирол.

10.29. Мономером натурального каучука является: а) бутадиен; б) дивинил; в) изопрен.

10.30. Синтетическое волокно капрон получают реакцией: а) по-

лимеризации; б) поликонденсации; в) сополимеризации.