Старые материалы и новые направления науки

ПолимерО полимерах часто говорят и пишут как о но­вых материалах. Но на самом деле  совсем не новы…

Из природных полимеров — целлюлозы и лиг­нина — в основном состоит дерево. Из полимерных молекул состоят волокна, переплетение которых об­разует кожу животного. Клеющее вещество, соеди­няющее эти волокна воедино — тоже полимер…

Натуральный шелк, овечья шерсть и хлопковое волокно состоят из полимеров. К полимерам отно­сятся натуральный каучук, мягкие и твердые природ­ные смолы (гуттаперча, янтарь, шеллак), естествен­ные клеющие вещества (например, казеин и разно­образные камеди, в частности, гуммиарабик).

Таким образом, полимерные материалы всех ти­пов (твердые, эластичные, пластичные, волокнистые, пленочные) известны людям с незапамятных времен и широко используются.

Новое — это промышленный синтез не существу­ющих в природе полимеров и создание на их осно­ве самых разнообразных твердых материалов, син­тетических каучуков и текстильных волокон, пленок, лаков, клеев и так далее.

Синтезированы вещества, свойства которых луч­ше, чем у природных. Синтезированы и «необычные материалы с такими комбинациями физических и хи­мических свойств, которые не встречаются в при­роде.

Например, несуществующий в природе политет­рафторэтилен, известный под названием «тефлон», обладает необычайно высокой химической стой­костью, сохраняет свои механические свойства до значительно более высоких температур, чем природ­ные органические полимеры, обладает превосходны­ми диэлектрическими и антифрикционными свойст­вами.

Г. Л. СЛОНИМСКИЙК другой большой группе синтетических поли­мерных материалов — полиорганосилоксанов при­надлежит, в частности, великолепный по теплостой­кости каучук — полидиметипсилоксан. В последнее время эту группу веществ удалось значительно рас­ширить, включая в состав полимерных молекул ато­мы таких элементов, как титан, бор, алюминий. И все полиэлементоорганосилоксаны необычны по своим свойствам.

Синтезированы полимерные полупроводники, созданы углеводородные полимеры, длительно вы­держивающие температуру красного каления, и мно­гие другие. Естественно, возникла необходимость изучить основные физические свойства новых мате­риалов.

Уже более 100 лет было известно, что природ­ные полимеры обладают многими необычными ка­чествами. Но только в последние десятилетия появи­лась острая потребность в точном знании основных. законов, управляющих механическим поведением и. физическими свойствами полимерных веществ. Дл5 создания автомобильных шин из синтетического кау­чука нужно было изучить законы деформации рези­ны при длительных и периодических нагрузках А чтобы повысить стабильность работы радиотехнических систем оказалось необходимым исследовать медленные процессы упругого последействия, развивающиеся в изоляторных пластинах конденсаторов.

Исследования, начатые в 1937 году в Советском Союзе, а затем быстро развитые у нас и за рубе­жом, оказались исключительно интересными. Выяс­нилось, что тело из полимерного материала может быть одновременно твердым и жидким — в зависи­мости от того, быстро или медленно действовали де­формирующие его силы. Оказалось, что многие по­лимеры, в первую очередь каучуки, обладают в ши­роком интервале температур такой высокой эластич­ностью, какая не встречается чи у каких других материалов. Упругие деформации эластичных и твер­дых полимерных материалов не подчиняются зако­ну Гука, а текучесть жидких полимеров (например, расплавов и растворов) не повинуется закону вязко­сти Ньютона. Полимер, который при медленном ме­ханическом воздействии на него течет, казалось бы, можно охарактеризовать коэффициентом вязкости. Однако тот же полимер при быст­ром воздействии ведет себя уже как упругое тело, и для его харак­теристики нужно определять мо­дуль упругости…

На протяжении многих лет ис­следователи не учитывали этих осо­бенностей. Результаты, получен­ные в лаборатории, использовали для производственных расчетов.

Естественно, это приводило к серь­езным ошибкам и даже к авари­ям. Полимер, который считали твердым после лабораторных ис­пытаний на удар (быстрое воздействие), тек под дей­ствием длительной нагрузки в условиях эксплуатации. И, наоборот, резина, которую считали эластичной при низких температура (на основании опытов с медленным растяжением на динамометре), оказыва­лась при тех же температурах твердой и даже хруп­кой при ударе шины о землю во время посадки са­молета. Таким образом, методы теории сопротивле­ния материалов, основанные на использовании зако­на Гука, оказались непригодными для расчета изде­лий из твердых или эластичных синтетических мате­риалов. А для расчета процессов переработки рас­плавленных полимеров точно так же нельзя было применить методы гидродинамики вязкой жидко­сти, основанные на законе вязкости Ньютона.

В связи с этим, в последние годы возникли но­вые области науки — структурная механика полиме­ров, инженерная механика полимеров. В основе этих новых научных направлений лежат накопленные хи­миками и физико-химиками знания об особенностях строения огромных молекул полимеров, об особен­ностях их взаимной укладки в так называемые надмолекулярные структуры в массивных полимер­ных телах, о связях между хими­ческим строением больших моле­кул, надмолекулярной структурой и механическими свойствами по­лимерных тел.

В области изучения свойств полимеров сплетаются в одно целое такие, казалось бы, раз­ные области знания, как химия и механика, не говоря уже о физике и биологии. Другая интерес­нейшая особенность науки о полимерах — ориги­нальное совмещение чисто качественных закономер­ностей со строго количественными зависимостями. «Инструментом» для этого служат многие, казалось бы, весьма абстрактные разделы математики.

Химическое производство, создав и продолжая создавать все новые и новые синтетические мате­риалы, дало толчок к развитию ряда смежных наук. «Обрат­ное» воздействие этих наук на химию помогает создавать по­лимеры с нужными нам цен­ными свойствами. Так химия, в содружестве с другими нау­ками, преобразует нашу жизнь.

Доктор химических наук Г. Л. СЛОНИМСКИЙ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>