Полимеры

Полимеры — конструкционные материалы

Авторы научно-фантастических романов рисуют нам конструкционные материалы будущего, в которых сочетаются лучшие свойства известных материалов — прочность стали, прозрачность стекла и в то же время упругость и стойкость к ударам, присущие лучшим пластикам. Можно ли создать такие материалы? Из трех перечисленных материалов наиболее прочны силикаты (стекло), но они хрупки; металлы тяжелы и непрозрачны; пластики упруги, но недостаточно прочны. Уже давно предпринимаются попытки сочетать в одном материале лучшие свойства двух веществ — стекла и пластика. Для этого стекло вытягивают в тонкие нити, из нитей готовят ткани или подобие войлока и пропитывают жидким веществом, которое со временем или при нагревании превращается в упругий полимер. Таким образом, прочность создается стеклянными нитями, а упругость — пропитывающим полимером. Эти замечательные материалы — стеклопластики — широко применяются в машиностроении, для изготовления труб, мебели. В будущем, когда повысят прочность стеклянных нитей, увеличится и прочность стеклопластиков.

Но еще более интересный путь — замена стеклянных нитей нитями из синтетических полимеров. Уже сейчас можно получать полимерные нити с прочностью хорошей стали. Плотность таких нитей в 7—8 раз меньше, чем плотность стали. В недалеком будущем удастся получить еще более прочные искусственные волокна. Применяя стеклянные и органические волокна, химики создадут новые материалы легче и прочнее стали.

Исключительно прочные волокна получаются при осторожном обугливании прочных органических волокон и нагревании до перехода их в кристаллические графитовые волокна. Прочность их достигает 2—3 ГПа и, возможно, будет повышена до 5 ГПа при относительной плотности меньше 2. Очень важно, что такие волокна совершенно не растягиваются при натяжении, а при очень больших усилиях ло-паются, как стальная струна.

Группа материалов, состоящих из различных волокон и полимера-связующего, называется армированными пластиками. Пока они с трудом перерабатываются в изделия, но, когда освоят их обработку на машинах, армированные пластики станут важнейшим конструкционным материалом.

Уже сейчас есть полимерные материалы, которые отличаются необычайно высоким сопротивлением к истиранию и износу. Шины, сделанные из них, проходят сотни тысяч километров. Удивительная способность этих полимеров сопротивляться износу вызвана тем, что в них не распространяются трещины: каждая маленькая трещина, являющаяся началом разрушения вещества, быстро залечивается. В любом месте повреждения эти полимеры быстро упрочняются. Основой для этих полимерных материалов служат пока еще дорогие и редкие полиуретанэфиры. Но когда разработают более простую технологию, неизнашивающиеся полимеры прочно войдут в жизнь.

С помощью таких полимеров химики получат еще один класс материалов — прочные и очень легкие полимерные пены. Обычные полимерные пены применяются довольно широко и сейчас; они обладают легкостью и малой теплопроводностью. Но они непрочны и легко истираются. Если же пены приготовить из неистираемого полимерного вещества, то применять их можно будет значительно шире. Уже сей час пены из полиуретанэфиров начинают широко использовать в технике, для сооружения легких домов, а также в быту (мебель, матрацы, легкая и теплая подкладка для одежды).

Однако прочность полимерных пен остается все же невелика. Мы уже знаем, что для упрочнения полимеров в них вводят волокна. Нельзя ли армировать и пены? Жесткими волокнами (стеклянными или даже обычными синтетическими) армировать пены нельзя: слишком велико различие их свойств. Пена будет легко растягиваться, а жесткие волокна растягиваться так не смогут и начнут от нее отрываться. Материал легко разрушится. Поэтому пену армируют упругими и прочными волокнами, которые растягиваются так же, как и она сама. Таким способом можно создать прочные, очень легкие и стойкие к износу пенные полимерные материалы.