Найчастіше міцність характеризують величиною напруження, що викликає руйнування тіла. Це напруження називають границею міцности, або розривним напруженням ур. Вираз «границя міцности» склався історично і є дуже поширеним, хоч він позбавлений фізичного змісту. Довгий час вважали, що тіло руйнується тільки тоді, коли прикладене до нього напруження досягає певного критичного значення. Якщо напруження менше за критичне (граничне), тіло не руйнується. Насправді ж, як показали досліди, всі матеріали руйнуються при напруженнях, значно менших за критичні; все залежить від часу їхньої дії. Чим менше прикладене напруження, тим більший час руйнування зразка, і навпаки. Інакше кажучи, величина опору розриву (міцність) залежить від часу дії сили.

Час від початку прикладання напруження до розриву матеріалу називають часом розриву, або довговічністю матеріалу. Довговічність ф, як і ур, може бути кількісною характеристикою міцности матеріалу [2].

Міцність матеріалу може характеризуватися також максимальним значенням деформації в момент руйнування матеріалу – розривним відносним видовженням ер. Як і ур, воно залежить від швидкости деформації, температури, стану, в якому перебуває полімер в момент розриву.

У деяких випадках, наприклад, коли матеріал руйнується внаслідок ударних навантажень, за характеристику міцности приймають питому роботу деформації руйнування [2]:

. (1.29)

Роботу витрачену на руйнування при ударі, віднесену до одиниці поверхні руйнування, називають питомою ударною в’язкістю [2].

Слід відзначити, що міцність полімерів залежить від температури й режиму деформування. Тому порівнювати міцности різних полімерів можна тоді, коли вони перебувають в однакових фізичних і фазових станах, а також при однакових режимах деформування.

Теоретична міцність на розрив поліетилену визначається силою, яка необхідна для руйнування С–С зв’язків, і становить 14  МПа. Практично вона рівна 70 МПа. Така розбіжність пояснюється дефектами твердої структури полімеру [2].

Для сучасної техніки потрібні більш термостійкі і одночасно більш міцні, і більш жорсткі матеріали. Тому велика увага приділяється отриманню міцних і термостійких волокон. Доведено, що максимальна міцність волокон лежить в межах 0,03 – 0,01•е, тоді як міцність інших матеріалів лежить в межах 0,001 – 0,01•е [4]. Тому в даний час прагнуть отримати волокна з жорстких і термостійких сполук. Особливо міцними є так звані «вуса» (табл.1.4), які отримують осадженням з парової фази за високої температури різних сполук. Такі «вуса» мають товщину декілька ангстремів, а довжину від декілька мікрон до сантиметрів. Вони крихкі, їх міцність близька до теоретичної [5].

Таблиця 1.4

Властивости термостійких полімерів [3]

Матеріал волокна |

Температура топлення

або розпаду, К |

Межа міцности

або розтягу,

МПа | Модуль Юнга,

МПа | Вид

виробу

Графіт | 3773 | 19  | 686  | «вуса»

Азбест | 1773 | 60 | 189  | волокно

Поліімід будови |

723 (розкл.) | 200 | 12  | плівка

Поліімід будови |

723 (розкл.) | 200 | 3  | плівка

1.6. Розчинність термостійких полімерів

Для термостійких полімерів характерна висока жорсткість макромолекул і наявність міжмолекулярних сил. Внаслідок цього більшість полімерів, що відносяться до даного типу, відзначаються поганою розчинністю або зовсім нерозчинні в органічних розчинниках [2]. Останнім часом стали широко використовувати розчинники нового типу, які відносяться до групи амідів або похідних сульфатної, фосфатної та інших кислот. Найчастіше використовуються такі речовини, як диметилформамід, диметилацетамід, N-метилпіролідон, гексаметилфосфамід, диметилсульфоксид і ін. [93].

Проте, навіть застосування цих розчинників у багатьох випадках є неефективним. На сьогодні не знайдено розчинника для таких полімерів, як політетрафторетилен, багатьох полігетероариленів (наприклад, поліімідазолів, поліімідів, поліоксадіазолів та ін.) [30].

Змінюючи хемічну будову термостійких полімерів, вдається усунути цей недолік і отримати розчинні термостійкі полімери. Зміна хемічної будови досягається декількома шляхами: введенням об’ємних замісників, що розпушують структуру полімеру або введенням полярних груп, що полегшують сольватацію полімеру [2].

Так, полііміди, що є, як відомо, нерозчинними полімерами, можна перетворити у розчинні, застосовуючи як початкові речовини діаміни або тетракарбонові кислоти з об’ємними замісниками або з фенольними гідроксилами.

Полімери, так як і високомолекулярні речовини не можуть розчинятися в будь-якому розчиннику. В одних розчинниках даний полімер розчиняється самостійно, а в інших – ні. Наприклад, натуральний каучук самостійно розчиняється в бензені, але не взаємодіє з водою; желатин добре взаємодіє з водою, але не розчиняється в етиловому спирті [2,4]. Тобто, можна зробити висновок, що в одних випадках полімер і низькомолекулярний розчинник мають щось спільне, а в інших – ні. В першому випадку утворюється істинний розчин, а в другому – колоїдний. Слід відзначити, що істинні розчини полімерів істотно відрізняються від істинних розчинів низькомолекулярних сполук. До таких відмінностей можна віднести набрякання, попереднє розчинення, високу в’язкість, повільну дифузію і непроникність через напівпроникні мембрани. Все це зумовлено великою різницею в розмірах частинок компонентів, які змішуються.

Розчинність полімерів залежить від форми макромолекули, полярности їх ланцюгів, фазового стану. Полімери можуть необмежено розчинятися у низькомолекулярних розчинниках, розчинятися до насиченого стану, в деякій мірі набрякати або бути інертними до розчинника. Розчини полімерів є оборотні і рівномасові системи.

Помітною ознакою, яка відрізняє розчини полімерів від розчинів низькомолекулярних сполук є сам процес розчинення. Перед самим розчиненням полімер «набрякає», поглинає низькомолекулярний розчинник і збільшується за масою в об’ємі. Якщо зразок полімеру нарізати на дрібні частинки і залити розчинником, то набрякає кожна частинка окремо. Потім набряклі частинки з’єднуються і утворюють єдиний шар, який складається із полімеру і поглинутого розчинника. В цьому випадку система є істинним розчином розчинника в полімері. Полімер виступає як розчинник, а низькомолекулярна рідина – як розчинена речовина. Набрякання – не просто процес проникнення малих молекул розчинника в фазу полімеру, який пов’язаний із заповненням