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; ΔG 
= 149640 кДж/моль; Е 
– по данным табл. 10.3;
б) величину ΔG 
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 ΔG ,
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 авосстановителя=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.