Действие физически активных сред

Адсорбционные и сорбционные процессы влекут изменения значений поверхностной энергии на границе «полимер – среда» и ослабление межмолекулярного взаимодействия. Итогом является изменение механических, реологических, электрических и диэлектрических, адгезионных свойств, растворимости, цвета и др. Такие изменения могут быть для каждого полимера обратимыми и необратимыми. Это зависит от природы среды. Увлажнённый полиэтилен, например, после сушки полностью восстанавливает свои механические характеристики.

Действие органических растворителей вызывает чаще всего набухание полимеров, предельным случаем которого является растворение. Набухание влияет на прочность полимерного материала. Влияние это, однако, неоднозначно. В большинстве случаев прочность понижается. Объясняют это возникновением на первом этапе внутренних (местных) напряжений вследствие неравномерности набухания. Такие напряжения при определённой степени набухания могут привести к образованию микротрещин, не исчезающих и после удаления растворителя сушкой. Исключением из этого правила является действие растворителей с пространственно громоздкой молекулой на полимеры определённой химической структуры. В процессе набухания такого полимера (например, поливинилхлорида в эфирах фталевой кислоты), сорбция растворителя способствует увеличению гибкости цепей полимера, снижает температуру стеклования, хрупкость, т.е. оказывает пластифицирующее действие. Растяжение подобной системы полимер-растворитель облегчает ориентацию макромолекул и приводит, в конечном итоге, к повышению прочности по сравнению с ненабухшим образцом.

Наибольшее практическое значение имеет воздействие на полимеры воды и водяных паров. Поглощение воды полимером может проходить при контакте непосредственно с водой или с водяными парами воздуха. Процесс протекает без набухания или с набуханием в зависимости от природы полимера. Характеристиками действия воды или её паров служат коэффициенты паро- и влагопроницаемости полимера. В случае набухания полимера при действии воды процесс характеризуется коэффициентом диффузии.

В инженерной практике широко используется термин «водостойкость». Под водостойкостью понимается способность полимеров сохранять свои свойства при длительном контакте непосредственно с водой. Способность сохранять свойства при контакте с влажным воздухом обозначается как «влагостойкость» или «гигроскопичность». Оба свойства могут быть оценены по изменению самых разных характеристик: электрических, механических, физических. В большинстве случаев такая оценка производится по водопоглощению, т.е. по количеству воды, которое поглощается материалом за определённое время при определённой температуре. Измеряется водопоглощение по приросту массы и часто выражается процентом прироста массы от начальной массы образца. Так как процесс поглощения влаги имеет диффузионный характер и зависит от поверхности изделия, то более строгой оценкой водопоглощения (или водостойкости) является отношение массы поглощённой воды к поверхности с размерностью кг/м² или г/дм². Водопоглощение материалов за 24 часа пребывания в воде при 18 – 22⁰С составляет (в г/дм²) для:

Полиэтилена высокого давления - 0,1

Полиэтилена низкого давления - 0,003

Фенопластов разного назначения - 0,03 – 0,5

Полистирола блочного - Не поглощает

Водопоглощение в тех же условиях, выраженное в процентах, составляет для:

Винипласта - 0,4 – 0,6

Пластиката поливинилхлоридного- 0,3 – 1,0

Длительное пребывание в воде приводит к достижению состояния насыщения. Водопоглощение при этом может достигать значительных величин. Так, для полиамида 6 оно составляет 12 %, для текстолита - 10% от начальной массы.

Влагостойкость характеризуют влагопоглощением – количеством воды, которое материал поглощает после пребывания в течение определённого времени в атмосфере с относительной влажностью 95 – 98 % при 20 или 40⁰С. При длительном пребывании во влажной атмосфере влагопоглощение также достигает равновесного значения.

Снижение влагопоглощения и повышение водостойкости достигается термической обработкой готовых изделий или нанесением на них водостойких покрытий.