Строение полимеров

Высокомолекулярные материалы обладают большим запасом прочности и значительной величиной обратимой (высокоэластической) деформации. К этой группе полимеров относятся почти все животные и растительные материалы (шелк, хлопок, шерсть, кожа и др.), а также химические волокна и пластмассы.

Одной из отличительных черт полимерных соединений является их способность к образованию волокон, то есть способность к проявлению высокой анизотропии свойств.

Высокополимерные материалы состоят из длинных цепных молекул (молекул-гигантов), образованных большим числом химических групп (звеньев); например, молекула целлюлозы – цепь с громадным числом глюкозных остатков (более 15 тыс.) содержит 300 тыс. атомов.

Цепные молекулы имеют сложное строение и изогнутую гибкую форму. Изогнутость объясняется колебанием отдельных звеньев цепи. Гибкость макромолекулы означает некоторую свободу движения для ее отдельных частей и является определяющим фактором для комплекса механических и термодинамических свойств полимера. Высокоэластическое состояние полимера является следствием гибкости цепных макромолекул.

Молекулы-гиганты состоят из регулярно или нерегулярно чередующихся звеньев различных типов, могут быть разветвленными и связанными в неправильные пространственные сетки. Остатки молекул мономеров могут соединяться так, что одинаковые группы или всегда располагаются рядом («голова к голове»), или регулярно чередуются («голова к хвосту»), или регулярно располагаются по разные стороны цепи. Характер связей вдоль цепи и между цепями сильно различается, причем связи вдоль цепи значительно прочнее поперечных, образующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия. Особенностью молекул-гигантов является также их упорядоченное расположение вдоль оси волокна, то есть высокая степень ориентации макромолекул.

Взаимодействие отдельных групп атомов упорядочивает положение макромолекул в пространстве, обеспечивая тем самым постоянство геометрической формы волокна в определенных температурных границах.

Высокоориентированные волокна обладают низким удлинением, высокой прочностью, повышенной хрупкостью, блеском, устойчивостью к действиям химических реагентов. Волокна с низкой степенью ориентации макромолекул имеют значительное удлинение, малую прочность, большую гибкость, умеренный блеск и незначительную химическую устойчивость.