Конструкції із полімерних матеріалів. Частина друга.

полимери

Вивчення полімерів за допомогою різних фізичних методів і в першу чергу пряме спостереження в електронному мікроскопі дозволило проникнути в таємницю їх складної будови. Було виявлено, що молекулярні ланцюжки в полімеру мають тенденцію збиратися в пачки фібрили. Кожна пачка містить від декількох десятків до декількох тисяч паралельно орієнтованих довгих молекул.

Порядок в укладанні молекул всередині кожної пачки може бути різним. Якщо схематично зобразити поперечний розріз пачки, то перетин окремого ланцюга можна приблизно уявити у вигляді еліпса. Граничним випадком впорядкованості всередині пачки буде такий, коли центри еліпсів (осі ланцюгів) утворюють правильні грати, а всі еліпси правильно орієнтовані по відношенню один до одного. Цей випадок і відповідає стану полімерної пачки.

Полімерні матеріали, які будуються з таких високо упорядкованих пачок, називаються кристалічними. Таку структуру має, наприклад, поліетилен. Зазвичай висока впорядкованість не зберігається по всій довжині пачки. Добре впорядковані кристалічні області чергуються з областями дещо гіршого порядку. Саме присутність в матеріалі менш впорядкованих областей надає йому підвищену пружність, поєднується з достатньою твердістю, обумовленою кристалічними областями. Розміри окремих кристалічних областей дуже малі і, як правило, коливаються від однієї мільйонної до однієї стотисячної частки сантиметра. У шматку кристалічного полімеру кристалічні області можуть бути орієнтовані в самих різних напрямках. У цьому сенсі вони подібні дрібним рiдкокристалiчним зернам, з яких складається шматок металу. Якщо будова окремих полімерних ланцюгів така, що всередині пачки ланцюгів кристалічна впорядкованість взагалі не може виникнути, то полімерну речовину, побудовану з цих пачок, називають аморфною. Саме така структура характерна, наприклад, для органічних стекол.

Кожна лінія тут відповідає окремій полімерній молекулі, яка в межах пачки зберігає своїх бічних сусідів. Дільниці, утворені відрізками прямих ліній, відповідають високо впорядкованим кристалічним областям пачки, відрізки хвилястих ліній – областям меншого порядку.

При витягуванні з полімерних матеріалів волокон окремі пачки ланцюгів перебудовуються, розпрямляються і розташовуються паралельно один одному. Кожне волоконце складається з системи паралельно орієнтованих пачок молекулярних ланцюгів. Більшість кристалічних областей при цьому орієнтується уздовж осі волокна. Таке розташування ланцюгових молекул у волокні надає йому підвищену міцність на розрив уздовж осі орієнтації. У ряді випадків полімерні волокна за міцністю не поступаються сталевому дроту.

Конструкції із полімерних молекул, створювані живою природою, поки ще значно досконаліші тих, які ми навчилися отримувати синтетичним шляхом. Разом з тим вже зараз є штучно створені полімерні речовини, значно більш різноманітні за хімічним складом, ніж природні. Можна не сумніватися, що, використовуючи і доповнюючи досвід природи в створенні полімерних конструкцій і застосовуючи для цієї мети великі молекули потрібного хімічного складу, вдасться отримати матеріали з абсолютно винятковими властивостями. Негорючі тканини, по міцності набагато перевищують кращі сорти бавовняних тканин, напівпровідникові матеріали на основі полімерів, штучні кровоносні судини і навіть «деталі» серця – все це вже не тільки найближче майбутнє, але і сьогоднішній день хімії високомолекулярних сполук.

А якщо заглянути далі? Людська м’яз. Складний і досконалий механізм, побудований з білкових молекул. Але, можливо, з часом люди, не задовольняючись силою і працездатністю м’язів, даних їм від природи, знайдуть способи створювати синтетичні м’язи, міцніші і більш працездатні. Але це вже трохи наукова фантастика, у якої, тим не менш, є всі шанси стати реальністю.

Автор: В. А. Кабанов.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *