§ 242. Полимерные вещества
Своеобразной структурой обладает большое число органических веществ, построенных из гигантских молекул (состоящих из многих тысяч атомов). К таким веществам принадлежат пластмассы, капрон, искусственный шелк. Молекулы этих веществ состоят из повторяющихся вдоль цепи групп атомов (отсюда и название «полимер»). Часто расположение атомов внутри молекулы обладает дальним порядком.
Высокополимерные вещества с боковыми химическими связями между цепями существенно отличаются по своим свойствам от так называемых линейных полимеров, в которых такие связи отсутствуют. Полимеры с боковыми химическими связями между цепями представляют собой жесткую систему. Атомы расположены довольно рыхло и в расположении атомов нет никакой правильности.
Пластмассы такого сорта идут на изготовление пуговиц, посуды, арматуры и т. д. Для физического исследования значительно больший интерес представляют линейные полимеры, обладающие любопытными свойствами. Хотя до сих пор имеется ряд неясностей, все же основные черты структуры этих веществ можно считать установленными.
При затвердевании расплава или непосредственно в химическом процессе длинные молекулярные цепи располагаются параллельными пучками. Так как отвердевание (или возникновение) начинается одновременно из огромного числа мест, то образуется множество пачек цепей, которые сталкиваются при росте, обходят друг друга и в конце концов могут принять достаточно причудливые, запутанные формы. Роль пачки в линейном полимере в какой-то
степени аналогична роли кристаллика в поликристаллическом веществе.
Однако отличие пачки от кристаллика весьма существенно. Дело в том, что степень упорядоченности группы параллельных цепей, образующих пачку (этих цепей тысячи или десятки тысяч), может быть самой различной. На рис. 279 показаны три варианта азимутальной упорядоченности: а) кристаллический, в котором оси цепей образуют правильную решетку и азимуты цепей упорядочены; б) газокристаллический — оси цепей образуют решетку, а азимуты беспорядочны; в) аморфный или жидкостный, в котором решетка (дальний порядок) отсутствует. Следует также учесть, что сдвиги цепей вдоль своей длины друг по отношению к другу также могут быть как беспорядочными, так и упорядоченными. Поскольку пачка цепей обладает большой длиной (в состав цепи могут входить сотни тысяч и миллионы атомов) и может представлять собой ломаное образование, очевидно, что она и при идеальном порядке в расположении цепей не является целиком кристаллической. Кристаллическим может быть только участок пачки, на котором параллельные цепи идут прямолинейно. Это значит, что в случае идеального порядка каждая пачка цепей состоит из последовательности кристаллических областей (кристалликов).
Рис. 279.
Растяжение линейных полимеров заключается в разворачивании пачек цепей. Подобный механизм удлинения способен объяснить растяжения вплоть до 1000%, встречающиеся у некоторых естественных и искусственных высокополимерных веществ.
К наиболее известным линейным полимерам относятся каучук и политен. Такого же типа структурой обладают высокополимерные вещества, идущие на изготовление искусственного волокна.
