Механические свойства полимерных материалов

19/042018
Механические свойства полимерных материалов

Разнообразные механические свойства полимеров обеспечивают широкую сферу применения данных материалов. Подбирая подходящий по характеристикам материал, можно обеспечить желаемые свойства готового изделия: прочность, плотность, эластичность, устойчивость к интенсивной эксплуатации и т.п.

Ключевые механические свойства полимерных материалов

Условно механические свойства можно сгруппировать в такие категории:

  • Деформационные свойства. Показывают, как полимер может переносить действие внешних сил, и как изменяются его геометрические параметры.
  • Прочность и упругость. Характеризуют фактические показатели прочности материалов. Данные собираются экспериментальным путем, методом проведения стандартных исследований по утвержденной методологии.
  • Механизм разрушения. Для определения предельно допустимых показателей нагрузки проводятся разрушающие тесты, и определяются соответствующие значения, характеризующие изменения в материале вплоть до разрушения образца.
  • Ударная прочность. Характеризует устойчивость материала к импульсам, то есть к сообщению механической энергии методом удара.
  • Долговечность. При длительной монотонной нагрузке у многих полимеров наблюдается явление «усталости», в результате чего отдельно определяются усталостные прочности.

Примеры метрик характеристик механических свойств полимеров

В технических характеристиках марки полимерного вещества чаще всего можно встретить такие показатели механических свойств:

  • Прочность (МПа). Показатель характеризует, какое напряжение в МПа может выдержать стандартный образец до разрушения. К примеру, данный показатель стали составляет 2342 МПа, а полимерное волокно «Кевлар» имеет показатель 3234 МПа.
  • Модуль упругости (продольный и поперечный). Также измеряется в МПа и показывает, как вещество способно сопротивляться воздействию в определенном направлении до деформации.
  • Относительное удлинение при растяжении. Показатель характеризует способность полимера увеличивать свою длину при его растяжении. Измеряется в процентах удлинения. Эластичные марки ПНД могут иметь данный показатель 1000% и более.
  • Ударная вязкость по Изоду. Показывает энергию в кДж/кв.м., которую способен поглотить материал. Для сравнения, полипропилен имеет вязкость до 40 кДж на кв.м., а этиленпропиленовый блок-сополимер уже до 800 кДж.

Следует отметить, что прочность и эластичность находятся на разных чашах весов: по мере увеличения прочности эластичность снижается, и материал может быть крайне твёрдым, но хрупким.

От чего зависят механические свойства?

Ключевым фактором является молекулярная структура: чем выше степень кристалличности, тем выше характеристики образца. Кроме того, определяющим фактором является структура композиции полимера: в нее могут входить различные присадки, а также изготавливаться сополимеры, за счет чего механические характеристики существенно модифицируются.

Следует отметить, что для каждой задачи существуют собственные требования по механическим параметрам: к примеру, для твердой тары важна ударная вязкость и твердость, в то время как мягкая упаковка должна иметь высокие показатели эластичности и устойчивости к многочисленным сгибаниям-разгибаниям. Наконец, полимерное волокно имеет собственные требования по механическим характеристикам. Поэтому подбор оптимальной марки полимера производится исходя из поставленной задачи и технологических требований.