Структура и деформационно-прочностные свойства изопренового каучука - Дипломная работа

1 Синтез и структура изопренового каучука до и после вулканизации 1.1 Синтез изопренового каучука 1.2 Молекулярная и надмолекулярная структура изопренового каучука 1.3 Вулканизация изопренового каучука 1.4 Изменение структуры каучука после вулканизации 1.5 Фазовые и релаксационные переходы изопренового каучука 2 Применение метода инфракрасной спектроскопии для определения молекулярной структуры полимеров 2.1 Основы метода ИК-спектроскопии 2.1.1 Принцип метода 2.1.2 Теоретические основы метода 2.2 Аппаратура. Подготовка образцов 2.2.1 Описание прибора 2.2.2 Приготовление образцов 2.3 Экспериментальные данные метода ИК-спектроскопии 2.3.1 Применение метода для рассмотрения молекулярной структуры полимеров в высокоэластическом состоянии 2.3.2 Количественный анализ 3 Деформирование и деформационно-прочностные свойства полимеров в высокоэластическом состоянии 3.1 Деформирование полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии 3.2 Деформационно-прочностные свойства полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии 3.2.1 Деформационные свойства 3.2.1.1 Модуль упругости 3.2.1.2 Гистерезисные явления 3.2.2 Прочностные свойства Заключение Список литературы Введение Изопреновый каучук является искусственным синтетическим полимерным материалом, который относится к синтетическим каучукам, материалам с высокой эластичностью. Необходимо понимание структурных особенностей изопренового каучука для чего можно использовать метод инфракрасной спектроскопии. ИК-спектроскопия, раздел молекулярной спектроскопии, изучающей спектры поглощения электромагнитного излучения в инфракрасной области (от 0,76 до 1000 мкм). В координатах «интенсивность поглощенного излучения - длина волны (волновое число)» ИК-спектр представляет собой сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов. Широкое применение материалов на основе полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии (в частности каучуков и резин) как конструкционного материала требует изучения их деформационно-прочностных свойств. Деформационно-прочностные свойства характеризуют способность полимерных материалов деформироваться под воздействием механических напряжений и способность сопротивляться разрушению. Работа состоит из трех частей: В первой части работы описаны основные пути синтеза изопренового каучука, его молекулярная и надмолекулярная структура, процесс вулканизации и изменение структуры после него, а также фазовые и релаксационные переходы. Синтез и структура изопренового каучука Изопреновый каучук получают полимеризацией изопрена, поэтому перед рассмотрением способов получения изопренового каучука необходимо ознакомиться с химическими и физическими свойствами изопрена, а также со способами получения этого мономера. 1.1 Синтез изопренового каучука Изопрен (2-метилбутадиен-1,3; ?-метил-?, ?-бутадиен; ?-метилдивинил; гемитерпен) имеет структурную формулу CH2=C(CH3)-CH=CH2 [6]. Вследствие сопряжения двойных связей молекулы изопрена имеют преимущественно плоскостное строение и существуют в цис- и транс-формах (рис. 1). цис- транс- Рис.1. Цис- и транс-форма изопрена [1] При температуре около 20° С преобладает транс-форма. Изопреновый синтетический каучук получают полимеризацией изопрена при использовании катализаторов из группы: металлический литий, литийорганические соединения, перекисные соединения, каталитические комплексы триалкилгалогенидов тяжелых металлов [1]. При полимеризации изопрена в отсутствие стереохимического контроля в принципе возможно образование различных полимерных продуктов. При полимеризации молекулы изопрена могут соединяться в макромолекулы по любой двойной связи. Полимерная цепь, состоящая из мономерных звеньев типа -СН2- СНХ - , соединенных как «голова к хвосту» приводит получению в каждом мономерном звене псевдоассиметричного атома углерода (рис. Катализаторы Циглера-Натта Предполагают, что возможно дальнейшее восстановление хлорида титана. Если макромолекулу каучука растянуть до предела, то она будет иметь вид зигзага, что объясняется характером химических связей между атомами углерода, составляющими скелет молекулы (рис. Примерно через час из раствора выделились маленькие частицы вещества, обладавшего двойным лучепреломлением, и через 12 часов вся масса каучука выделялась в виде сгустка. 23) Первый участок (I) соответствует стеклообразному состоянию, для которого характерны малые деформации при небольших значениях напряжения, второй (II) - высокоэластическому состоянию с большими обратимыми деформациями.