Полимерные композиционные материалы – исходные компоненты и их свойства. Лекция 2

Бакалавриат (академический)
Направление подготовки:
18.03.01 «Химическая технология»
Профиль: «Технология и переработка полимеров»
Дисциплина:
Б1.В.ДВ.10.3 «Принципы создания полимерных композиционных материалов»
Лектор:
доктор технических наук, профессор
Симонов-Емельянов Игорь Дмитриевич

Лекция 2
Полимерные композиционные материалы – исходные компоненты и их свойства
доктор технических наук,
профессор
И. Д. Симонов-Емельянов

Многоуровневая организация гетерогенной структуры ПКМ
наноуровень – наночастицы размером - 1,0 - 100нм и структура граничных (межфазных) слоев
Гетерогенную гетерофазную структуру ПКМ можно представить как многоуровневую единую систему, построенную на разных иерархических уровнях:
макроуровень – фазовая структура с размером фазовых частиц 10-50 мкм (макродисперсные) и более 50мкм (крупные частицы)
микроуровень – формирование фазовых частиц размером 0,1 –1,0мкм ( ультрадисперсные) и 1,0–10мкм (микродисперсные) и структуры граничных (межфазных) слоев

Введение в полимерную матрицу компонентов (2-ая и n-фаза), относящихся к основным классам материалов (металлы, керамики, полимеры).
Основные пути создания ПКМ
2. Ведение в полимерную матрицу компонентов (2-ая фаза и n-фаза) разного агрегатного состояния (газ, жидкость, твердое тело).
4. Ведение в полимерную матрицу исходных компонентов (n-фаз) разных классов, агрегатного состояния и начальной структуры.
3. Введение в полимерную матрицу компонентов разной выпускной формы и структуры (порошки, волокна, ткани, пленки, нетканные материалы и каркасные (объемные) системы).

Основные классы материалов
Исходные компоненты для создания ПКМ

Металлы(Ме) – неорганические материалы, состоящие из атомов, соединенных между собой металлической связью и содержащие свободный электронный газ из валентных электронов в межатомном пространстве.
Основные классы материалов - МЕТАЛЛЫ

Керамики (К) – неорганические материалы, структура которых формируется в результате образования между атомами ионных и ковалентных связей при высокотемпературном обжиге (более 10000С).
Основные классы материалов - КЕРАМИКИ

Металлы(Ме) – неорганические материалы, состоящие из атомов, соединенных между собой металлической связью и содержащие свободный электронный газ из валентных электронов в межатомном пространстве.
Металлы различают:
по плотности - легкие (до 5г/см 3), тяжелые (5 – 12г/см3) и сверхтяжелые (более 12 г/см3);
по температуре плавления - легкоплавкие (до 1000оС) и тугоплавкие (более 1500оС);
по эксплуатационным характеристикам - черные и цветные.
Керамики (К) – неорганические материалы, структура которых формируется в результате образования между атомами ионных и ковалентных связей при высокотемпературном обжиге (более 1000оС).
Керамики различают:
традиционные керамики - форфор, фаянс, глина, цемент;
новые керамики - соединения Ме с углеродом (карбиды), бором (бориды),
азотом (нитриды), кислородом (оксиды) и кремнием (силициды).
Основные классы материалов (Металлы, Керамики)

Новые керамики - соединения Ме с углеродом (карбиды), бором (бориды), азотом (нитриды), кислородом (оксиды) и кремнием (силициды)
Бобина с углеродным волокном
Углеродная ткань
Стекловолокно
Базальтовое волокно
Стеклоткань объемного плетения
Бобина с базальтовым волокном

Полимеры (П) – органические и неорганические, аморфные и кристаллические материалы, полученные путем многократного повторения групп атомов, называемых мономерами, соединенных посредством ковалентных связей в длинные макромолекулы, связь между которыми осуществляется с помощью слабых сил Ван-дер-Ваальса (термопласты) или ковалентных связей (реактопласты).
Основные классы материалов - ПОЛИМЕРЫ

Полимеры(П) – органические и неорганические, аморфные и кристаллические материалы, полученные путем многократного повторения групп атомов, называемых мономерами, соединенных посредством ковалентных связей в длинные макромолекулы, связь между которыми осуществляется с помощью слабых сил Ван-дер-Ваальса (термопласты) или ковалентных связей (реактопласты).
Высокомолекулярные соединения различают:
по значениям молекулярной массы (ММ) - олигомеры (до 103), полимеры (от 3 х 103 до 5 х 105) и сверхвысокомолекулярные полимеры (более 5 х 105);
по строению главной цепи на 7 основных групп:
- карбоцепные (главная цепь образована атомами углерода);
- гетероцепные (в главной цепи наряду с атомами углерода присутствуют атомы – -О, -N, -S, -Р);
- полиарилены (в главной цепи - ароматические циклы),
- гетероциклические (в главной цепи – неароматические циклы);
- сополимеры и - блоксополимеры (в главной цепи – два и более различных мономеров);
- элементоорганические (главная цепь образована атомом Si или другими атомами);
- биополимеры и белки.
по организации молекулярной структуры- линейные, разветвленные, плоско-сетчатые и пространственно-сетчатые.
Основные классы материалов (Полимеры)

по строению главной цепи на 7 основных групп:
- карбоцепные (главная цепь образована атомами углерода);
- гетероцепные (в главной цепи наряду с атомами углерода присутствуют атомы – -О, -N, -S, -Р);
- полиарилены (в главной цепи - ароматические циклы),
- гетероциклические (в главной цепи – неароматические циклы);
- сополимеры и блоксополимеры (в главной цепи – два и более различных мономеров);
- элементоорганические (главная цепь образована атомом Si или другими атомами);
- биополимеры и белки.
Классификации полимеров:
по значениям молекулярной массы (ММ) - олигомеры (до 103), полимеры (от 3 х 103 до 5 х 105) и сверхвысокомолекулярные полимеры (более 5 х 105);
по организации молекулярной структуры- линейные, разветвленные, плоско – сетчатые и пространственно – сетчатые.
Полимеры

Полимеры (П) в медицине
Сердечный клапан
Сердечный клапан
Коленный сустав
Коленный сустав
Зубные протезы
Протез кисти руки
Протез руки
Протез ноги
Основные классы материалов - ПОЛИМЕРЫ

Полимеры (П) для упаковки
Основные классы материалов - ПОЛИМЕРЫ

Полимеры (П) в строительстве
Основные классы материалов - ПОЛИМЕРЫ

Примечание: в скобках указаны значения свойств суперсовременных материалов