Загальна характеристика полімерних матеріалів

Полімер – це органічні речовини, довжини молекул яких побудовані з однакових мономерів, які багаторазово повторюються.

Розміри молекули полімеру визначаються ступенем полімеризації, n – число ланок у ланцюжку.

Коли ступінь полімеризації 10-20n, то це легкі олії.

Коли n до 1000, то збільшується в`язкість матеріалу, речовина стає соскоподібною.

Коли n більше або дорівнює 1000, то речовина утворює твердий розчин і утворюється твердий полімер.

Всі полімери за походженням поділяються на три групи:

Природні – утворюються у результаті життєдіяльності рослин і тварин. Наприклад: протеїн, целюлоза, крохмаль, лігнін, латекс.

Штучні – це, як правило, природні полімери, які були піддані очистці, модифікації та іншим видам обробки, при чому структура полімеру не зазнала змін. Наприклад: каучук, целулоїд (нітроцелюлоза просочена камфорою).

Синтетичні – матеріали, отримані синтезом із низькомолекулярних речовин, не мають аналогів у природі.

За хімічною структурою полімери поділяються на:

v Лінійні (термопластичні).

v Розгалужені (привиті).

v Сітчаті.

Незалежно від виду і складу вихідних речовин полімери класифікуються на: пластмаси, волокніти, плівки, ізоляційні структури і клеї.

Властивості полімерів

Механічні властивості

Для міцності конструкційних полімерів крива роздягу подібна до металів.

= - модуль Юнга

За цією величиною полімери поділяються на чотири групи:

Жорсткі >

Напівжорсткі ~ 5*10³- 10*10³МПа

М`які ~ 1*10³ – 5*10³ МПа

Еластичні (еластомери) до 10 МПа

Як відомо із цих цифр, високомодульні полімери (ті, що мають велике значення модуля Юнга, ) поступаються за жорсткістю металам у десятки і сотні раз. Для усунення цього недоліку, у полімер вводять волокнисті та листові наповнювачі.

Особливістю полімерів є те, що їх міцнісні властивості залежать від часу, тобто границя деформації установлюється не одразу після прикладених навантажень, а через деякий час за рахунок здатності до пластичної деформації. Тому для високоміцних полімерів закон Гука не прийнятний у законі Юнга, тобто навантаження не пропорційне деформації.

2. Теплоізоляційні властивості

Коефіцієнт теплопровідності полімерів 0,2 - 0,3 . Це нижче, у інших твердих тіл, тому полімери є теплоізоляційними.

Полімери мають високий ТКЛР (тепловий коефіцієнт лінійного розширенн) – 10^-4 - 10^-5 К.

Діапазон температур обробки для полімерів обмежений, бо при визході з нього погіршуються механічні та експлуатаційні характеристики полімерів. При 320 - 400 К починається процес розм`якшення полімеру. По мірі погіршення механічних властивостей погіршуються і механічні властивості. Це призводить до зміни маси полімеру (втрата маси), допустиме значення якої 0,1 – 1,0%, але не більше.

Хімічні властивості полімерів

Хімічні властивості полімерів визначаються хімічною стійкістю.

Для визначення стійкості полімери застосовую наступний метод: досліджуваний зразок занурюють у середовище хімічного реагенту і за зміною маси визначають його хімічні властивості.

Полімери, які за 42 доби змінюють масу від 2 - 5% вважаються стійкими;

якщо від 5 - 8% - відносно стійкі; якщо > 8%, то полімери вважаються нестійкими.

Полімери використовуються у якості контейнерів для перевезення реактивів та води, тому що хімічна стійкість деяких є вищою, ніж у золота та платини.

Використовуються для герметизації радіокомпонентів. Полімери не вакуумно щільні, бо молекули газоподібних і рідких речовин можуть потрапляти у пори. Тому для якісної оцінки полімерів використовують три параметри:

v Коефіцієнт дифузії

v Коефіцієнт розчинності

v Коефіцієнт проникності

Остання величина є добутком двох попередніх величин.

У випадках, коли

1. Товщина шару велика

2. Полімер виявляє пасивуючу дію на активні центри металу, ти м самим пригальмовуючи корозійні процеси.

Для більшості полімерів характерне старіння – необоротна зміна структури і властивостей, яке призводить до зменшення їх міцності.

Електричні властивості

Полімери виявляють властивості діелектриків. Для характерні процеси накопичення поверхневих зарядів.

Технлологічні властивості полімерів

1. Текучість

2.Усадка

3.Таблетування

Тиксотропність – це суміші рідких смол з дрібнозернистими наповнювачами (тальк, SiO₂). У спокійному стані володіють більшою в`язкістю при стушуванні. Ці властивості змінюються і відбувається перехід у рідкий стан. Такі тиксотропні суміші використовують для захисту радіодеталей, занурюванням їх у полімер.

Шарові пластики

Д.п (друкована плата) – це шарова система, в склад якої входить діелектрична основа і друковані провідники (мідна фольга). Основи Д.П. виготовляють із шарових пластиків. Це композиції, які складаються із волокнистих наповнювачів (папір, тканина, скловолокно), які склеюються між собою полімером.

Шарові пластики відрізняються від інших матеріалів тим, що наповнювач розташовується шарами. Така структура забезпечує високі технічні характеристики, а виготовлення полімерних складових і їх використання допомагає досягнути збільшення електроопору.

В залежності від матеріалу наповнювача розрізняють декілька типів щарових пластиків:

1. Генінакс – основа – папір 0,1 мм, зв`язуюче – фенолформальдегідна смола . Високі діелектричні властивості, товщина 1-3 мм, не розшаровується до 530 К на протязі 6-7 годин. Недолік – висока вологопоглинальна здатність через торцеві шари.

2. Текстоліт – основа – бавовняна тканина (шифон, бязь, лавсан), зв`язуюче – фенолформальдегідна смола. Володіє високою міцністю при стисканні і високою ударною в`язкістю. Використовують у вигляді плит товщиною до 5 см.

3. Склотекстоліт – основа – скловолокно, виготовлене без лужного алюмосилікатного скла, просочене феноформальдегідною або епоксидною смолою. Завдяки наповнювачу володіє високою механічною міцністю і теплостійкістю. Має стабільни площу і розміри. Електричні властивості збільшуються у вологому середовищі. Досить тверда речовина. Використовується декілька десятків текстолітів для досягнення різних цілей.

Якість Д.П. характеризується властивостями:

1 Міцність

Це основна властивість, Д.П. є не тільки діелектричною основою, а й несучою конструкцією.

2. Нагрівостійкість

Ця властивість визначається відсутністю здуттів і розшарувань, які можуть виникнути при паянні. Критерієм є час у секундах, на протязі якого не спостерігається руйнування при температурі 200˚С. Наприклад, мінімальний час 5с – для середнього класу пластмас, для інших ~ 20с.

3. Стабільність розмірів

При паянні, коли вся плата нагрівається до температури 120˚С не відбувається зміна довжини, бо ТКЛР при товщині пластмаси 1,5 мм рівний 8*10^-6(1/К), тобто відрізняється від ТКЛР міді більше, ніж у 2 рази, тому за великих розмірів пластини може розриватися або розшаровуватися фольга. При температурі 340 К епоксидна смола зазнає фазового перетворення, збільшується ТКЛР, що може призвести до обриву доріжки.

4. Шарові пластики мають електричну щільність і вона анізотропна.

Причина цього анізотропія самого матеріалу, наявність мікротріщин.

Найменша відстань між сусідніми провідниками Д.П. складає 0,3 мм. При цьому допустима напруга 50В.