Файл: Щеголев Н.В. Полимер вездесущий.pdf

ВЕРНЫЙ ПОМОЩ НИК

Человек и полимеры... Эти два слова ста­ ли сейчас действительно неразрывны. Судите сами. Не успел человек еще родиться, а ему уже заготовлены пластмассовые игрушки и, конечно, резиновая соска (резина тоже поли­ мер). Всю жизнь человек и полимеры нераз­ лучны.

5

Полимеры вокруг нас. Если вы дома оки­ нете взором вашу комнату, то без труда най­ дете не одну вещь, сделать которую помогли полимеры,— будь то корпус выключателя, линолеум на полу или мебель, радиоприем­ ник, телевизор, которым полимерные лаки придали нарядный вид. А если заглянуть внутрь этих «музыкальных ящиков» — сколь­ ко там разных деталей и проводочков в раз­ ноцветной полимерной изоляции...

Если вы не дома — число окружающих вас изделий из полимеров еще больше: они есть в любом электромоторе, автомобиле, са­ молете. В самолете ТУ-104, например, изде­ лий из полимеров более 120 000 штук!

Полимеры помогают человеку во всех научных и технических свершениях. Не будь и х —-не рукоплескали бы мы нашим слав­ ным космонавтам.

Чудесными свойствами обладают полиме­ ры: одни прочны, как металл, другие чрез­ вычайно легки—-в сто раз легче воды; одни электропроводны, другие, наоборот, изоля­ торы... Самым замечательным является, по­ жалуй, то, что человек способен создавать полимеры с заранее заданными свойствами, именно с теми, которые необходимы для ре­ шения тех или иных технических задач. Хи­ мия утверждает превосходство человека над природой и благотворно воздействует на раз­ витие всех отраслей экономики.

О том, как дружат человек и полимеры, как полимеры помогают человеку в созида­ тельном труде, и рассказывается в книге.

6

Со школьной скамьи известно, что все вещества состоят из атомов и молекул — этих мельчайших кирпичиков мироздания. Свя­ занные определенным образом друг с другом атомы различных элементов создают все многообразие мира веществ, окружающего человека. Например, если соединить два атома водорода с одним атомом кислорода, полу­ чится вода. Из двух атомов водорода, четы­ рех атомов кислорода и одного атома серы можно получить серную кислоту. Эти хоро­ шо известные вещества — вода и кислота — являются низкомолекулярными: они состоят всего лишь из нескольких атомов. Однако удалось соединить в единую цепь друг с дру­ гом много атомов, нанизав их, словно бусы в ожерелье, причем роль бусинок выполняют не отдельные атомы, а группы их. Эти одно­ родные молекулы особого строения назы­ ваются мономерами. Далеко не каждая мо­ лекула обладает способностью соединяться с себе подобными, образуя длинную цепоч­ ку полимера. Этой способностью обладают те, которые имеют двойную или тройную связь между атомами внутри своей молеку­ лы. При определенных условиях (под дейст­

разрыва такая молекула способна присоеди­ нять к себе другие. Эта химическая реакция называется полимеризацией. Так образуется, например, из этилена один из широкоизвест­ ных полимеров — полиэтилен.

Само слово «полимер» произошло от

7

с другом многих частичек. А эти частички, названные выше мономерами, получили свое имя от греческих слов «моно» (один) и уже известного вам слова «мерос». Таким обра­ зом, мономер — это как бы часть чего-то большого. А это большое есть полимер.

Молекулярный вес полимеров может быть очень большим — до 1 миллиона и более. Попробуем представить макромолекулу по­ лиэтилена в виде корабельной цепи, в кото­ рой каждое звено — молекула мономера. Звеньев в цепи получилось бы более 35000! При величине звеньев’ в 10 сантиметров дли­ на цепи была бы 3,5 километра! Вот так мо­ лекула! Недаром она и называется макро­ молекула. «Макро» (macro) по-гречески «боль­ шой».

Существуют, помимо реакции полимери­ зации, и другие способы получения полиме­ ров, но в этой брошюре не раскрываются таинства создания человеком полимеров: рассказ об этом — тема самостоятельной большой книги. Мы же проследим, как че­ ловек и полимеры идут по жизни.

8

ПОЛИМЕР И КОНСТРУКТОР

Для того чтобы построить гидростанцию, создать новый станок, машину, инженеру нужно выбрать необходимый материал, рас­ считать прочность фундамента, толщину пло­ тины, прочность каждой детали. Ведь если плотина гидроузла окажется недостаточно прочной, возможна катастрофа, если детали станка неправильно рассчитаны, возможна их поломка и выход станка из строя.

Специальная наука сопромат (сопротивле­ ние материалов) предоставила в распо­ ряжение конструктора обилие математи­ ческих формул, приемов и методов ра­ счета, но все-таки бывает, что расчетные величины не всегда правильно отражают дей­ ствительность. Поэтому инженеру приходит­ ся в этих случаях делать «большие запасы», утяжелять конструкцию, расходовать боль­ ше строительных материалов, металла. Его всегда волнуют вопросы: правильно ли он рассчитал? Выстоит ли его плотина в весен­ ние паводки, выдержат ли детали станка на­ грузки при высоких скоростях вращения? Но окончательный ответ может быть полу­ чен только после проверки конструкции в реальных условиях.

9

Как быть? Как проверить правильность расчета напряжений детали, сооружений до их постройки? И вот на помощь конструкто­ ру пришли высокомолекулярные соединения.

Если из некоторых эпоксидных смол из­ готовить, например, небольшой макет гидро­ узла и проследить за его работой, то можно относительно правильно определить напря­ жения и на основании этого, выбрав мате­ риал, произвести расчет прочности плотины, ее геометрических форм, выяснить наиболее напряженные участки сооружения. Как же это удается сделать?

Оказалось, что некоторые эпоксидные смолы оптически активны, то есть они при неравномерных напряжениях по-разному из­ меняют ход пропускаемого через них луча света. Этим воспользовались инженеры. Про­

женные детали макета гидроузла, они могут определить перенапряженные участки и тем самым получить данные для расчета проч­ ности сооружения.

В проектировании это называется мето­ дом оптического моделирования. Помимо эпоксидных смол, для этих же целей исполь­ зуется полистирол и другие полимеры.

ю

в кристалл вызывают в нем вспышки света, которые фиксируются катодом фотоумножи­ теля. Тем самым исследователь замеряет ин­ тенсивность излучения и может судить о про­ цессах, происходящих во время опыта. Все было бы хорошо, если бы изготовление этих кристаллов было простым делом и их мож­ но было бы получить любой величины и фор­ мы. Но это, к сожалению, не так.

Успехи химии высокомолекулярных сое­ динений позволили ученым создать для этих целей особые, так называемые сцинтилляционные пластмассы. Что же представляют собой эти пластмассы с таким трудным на­ званием? Принцип их изготовления относи­ тельно прост. Берут органические вещества, которые могут фиксировать радиоактивные излучения, например антрацен, терфенил или некоторые другие, и вводят их в способные полимеризоваться продукты. Разумеется, по­ лимер в этих случаях должен быть прозрач­ ным. Обычно применяется полистирол. Итак, необходимые для подсчета излучений хими­ ческие вещества оказываются равномерно распределенными в пластмассе и с успехом выполняют нужную работу. Безусловно, что форма и размер кристаллов из этих пласт­ масс могут быть любыми.

Такой относительно простой метод изго­ товления основных деталей счетчиков радио­ активных излучений позволяет ученым про­ водить сложные эксперименты, и вот что интересно — чувствительность этих счетчи­ ков во много раз выше чувствительности

12