Файл: Щеголев Н.В. Полимер вездесущий.pdf

А можно ли было проникнуть в космиче­ ское пространство без полимеров?

Конечно, нет!

В последнее время в зарубежной техни­ ческой литературе описаны некоторые по­ лимерные материалы, нашедшие примене­ ние в ракетостроении. В основном это жаростойкие пластмассы повышенной проч­ ности. Они выдерживают нагрев, хотя и крат­ ковременный, но до 2500°С.

Что же собой представляют такие пласт­ массы по химической структуре? Ведь обыч­ ное органическое вещество разрушается и при более низких температурах, и убедиться в этом достаточно просто. Для этого нужно взять безопасное лезвие и спиртовку или да­ же обыкновенную свечу. Если на кончик лез­ вия поместить частицу органического вещест­ ва и ввести в пламя, то после непродолжи­ тельного прокаливания от органического ве­ щества не останется и следа. Правда, если взятое вещество представляло соль какойнибудь органической кислоты, то на лезвии останется слабый налет.

Как сообщают иностранные источники, повысить теплостойкость изделий, напри­ мер, из некоторых фенольных смол удалось путем применения в качестве наполнителя асбеста и других веществ, достаточно хорошо выдерживающих высокие температу­ ры. Но не только некоторые фенольные смо­ лы могут быть использованы при получении термостойких пластмасс. Для этих целей при­ годны также различные пластики на базе

47

кремнийорганических полимеров. Отдель­ ные образцы их способны выдерживать тем­ пературу 600°С весьма продолжительное вре­ мя, а температуру 2200°С в течение несколь­ ких десятков секунд.

Это позволяет использовать некоторые пластики при кратковременном воздействии температур, которые значительно выше тем­ ператур плавления и даже температур кипе­ ния некоторых металлов.

Действительно, температуры плавления алюминия, золота, марганца, железа, хрома, платины равны соответственно 660°, 1063°, 1260°, 1535°, 1615°, 1774°С; температура же кипения хрома примерно 2200°, меди — 2300°, а золота — 2600°С.

Главный секрет термостойкости пластмасс заключается, помимо соответствующего под­ бора высокомолекулярного соединения, в ма­ лой их теплопроводности.

Это хорошо известно вам из многих быто­ вых примеров. Обратите внимание, например, на то, что при глажении электрическим утю­ гом с пластмассовой ручкой не приходится прибегать к помощи тряпки.

Малая теплопроводность жаропрочных пластмасс позволила применять их (¡по со­ общениям зарубежной печати) для теп­ лоизоляционной оболочки межконтиненталь­ ных ракет. Вполете при скоростях 12—24 тыс. км/час оболочка ракет при входе в плотные слои атмосферы разогревается, и эта пласт­ массовая защитная оболочка, сгорая слоями,

4 8

защищает ракету с находящимися в ней при­ борами от высоких температур.

Но некоторые специальные пластмассы, помимо теплостойкости, обладают еще и дру­ гим весьма ценным свойством — они чрезвы­ чайно прочны и фактически не уступают ста­ ли и прочным легким специальным сплавам.

Это достигается введением в полимер стеклянного волокна. Из одного миллиметра стекла можно, например, вытянуть нить дли­ ной более 5 километров.

Итак, если стеклянное волокно соответ­ ствующим образом расположить, пропитать полимерными смолами и при нагревании спрессовать, то могут быть получены весьма прочные материалы, называемые армирован­ ными пластмассами.

тонко...

ДА НЕ РВЕТСЯ

Может показаться несколько странным: откуда у стекла такая прочность? Ведь в са­ мом деле, трудно даже найти человека, не разбившего на своем веку стеклянного ста­ кана, бутылки или какой-нибудь безделушки

ине убедившегося в непрочности стекла.

Вчем же причина прочности тонких стек­ лянных нитей?

4 9

Вы никогда не задумывались: почему ко­ сти животных, стволы деревьев при относи­ тельно малом их весе так прочны? Ученые нашли разгадку этого: причина в а н и з о ­ т р о п н о с т и их строения.

Если тело обладает во всех направлениях одинаковыми физическими свойствами (уп­ ругостью, прочностью), то оно называется и з о т р о п н ы м . Примером этого может слу­ жить кусок стекла. Анизотропным же телом называют такое, у которого эти свойства раз­ личны в разных направлениях. Для того что­ бы разломить поперек волокон деревянный брусочек сечением всего лишь в один квад­ ратный сантиметр, требуется нагрузка в 800, а то и в 1000 килограммов. Для разрыва же его вдоль волокон требуется нагрузка всего лишь 30—40 килограммов.

Человек широко пользуется этой особен­ ностью материалов, например, при изготов­ лении фанеры. А нельзя ли искусственным путем создать такие материалы, в которых анизотропия была бы выражена более резко, что позволило бы получить материалы с еще более высокими прочными свойствами?

Оказалось, возможно. В Академии наук

СССР, в лаборатории анизотропных структур, группой научных сотрудников под руковод­ ством А. К. Бурова и Г. Д. Андреевской получены такие материалы из... стекла.

Тончайшие стеклянные волокна показали себя удивительно прочными. Стекло в этом случае стало упругим! Достаточно сказать, что нитевидное кварцевое волокно диамет­

5 0

ром 3—6 микрон имеет прочность на разрыв до 2500 кг/мм2, то есть более чем в 300 раз (!) превышает прочность такого же кварцевого стекла в сплошном куске и в 15 раз проч­ ность высококачественной стали. Причем с уменьшением диаметра стеклянного волок­ на прочность его увеличивается в несколько раз. Однако делать стеклопластики из очень тонких волокон оказалось экономически не­ выгодным. Судите сами. Для вытягивания ки­

в этом случае получается 20 тысяч километ­ ров. Если тянуть волокно толщиной 30 мик­ рон, нужно всего лишь 16 часов, а 100 микрон и того меньше — полтора часа. Таким обра­ зом, увеличение диаметра волокна резко по­ вышает производительность фильеры.

Но будут ли более толстые волокна доста­ точно прочны? Работами ученых последних лет доказано, что будут. Соответствующим подбором температуры стекломассы, из ко­ торой делается волокно, и сочетанием различ­ ных технологических приемов — скорость вытяжки, условия застывания стекловолокна и другие — удается получить стекловолокно достаточной прочности.

Оригинально утверждение профессора В. В. Тарасова о том, что молекулярной ориен­ тацией, то есть особым расположением мо­ лекул вдоль оси стекловолокна, ему может быть придана чрезвычайная прочность. Тем самым как бы переносятся некоторые зако­

51

номерности высокомолекулярной органиче­ ской химии ев область химии стекла, которое ученый склонен рассматривать как неоргани­ ческий полимер.

Вот как выглядят прочностные показатели некоторых армированных пластмасс в таб­ лице:

Вдумайтесь в цифровые величины табли­ цы. Помимо прочностных показателей, сопо­ ставьте удельные веса стеклопластика и ме­ талла, и вы убедитесь в замечательных каче­ ствах этого нового полимерного материала.

В таблице вы также, очевидно, заметили, что прочность стеклопластика, полученного

52

с использованием стеклоткани, меньше, чем при использовании длинных нитей (ровницы). Причина в том, что при изготовлении стек­ лянного полотна некоторая часть волокон ломается и это сказывается на прочности по­ лучаемого пластика,

При использовании для производства стеклопластиков других полимерных смол могут получаться другие прочностные харак­ теристики материала.

Подобные армированные пластмассы на­ шли широкое применение в различных обла­ стях техники. Из них стали изготовлять кор­ пуса лодок, катеров и небольших судов. Успешно эти материалы используются, как вы уже знаете, и в строительной технике. Из них был сделан даже плавательный бас­ сейн длиной 25 и шириной 11 метров. Неко­ торым недостатком стеклопластиков являет­ ся их относительно малая устойчивость к ис­ тиранию. Если из этого материала изготовить ступени лестниц или плитами из стеклопла­ стика покрыть пол в вестибюле гостиницы, то они окажутся недолговечны. Поэтому этот материал здесь не применялся. А жаль! Стеклопластик имеет очень нарядный вид. Но огорчаться все-таки не следует. В Научноисследовательском институте стекла в лабо­ ратории В. А. Рябова предложено покрыть стеклопластик сверху слоем мелких стеклян­ ных шариков. Таким образом, основную на­ грузку несет внутренний слой стеклопласти­ ка, а внешний отлично противостоит истира­ нию. Предполагают, что, используя шарики

5 3

разных цветов, можно создать такие замеча­ тельные мозаичные покрытия, каких нельзя сделать из других материалов.

Из стеклопластика изготовляют также трубы, различные инструменты, детали ма­ шин.

Находят они применение и для производ­ ства кровельного материала, баллонов для сжатого газа, защитных шлемов для велогон­ щиков, мотоциклистов, шахтеров, летчиков.

Из этих пластиков делаются также под­ весные контейнеры для перевозки горючего по воздуху.

Если к этому добавить удилища для ры­ баков, салазки для ребят, лыжные палки, хоккейные клюшки, луки для спортсменов, то все равно перечень возможных областей применения этих замечательных материалов будет далеко не полным.

ПОЛИМЕРЫ НА ПРОВОДЕ

Когда телевизор ломается и техник из ателье, начиная ремонт, снимает крышку, вам бросается в глаза обилие разноцветных проводков, катушек, конденсаторов. Вы обра­ тите, конечно, внимание на то, что почти все провода покрыты ¡полимерной изоляцией,—

5 4