Физические состояния полимеров

Физические состояния полимеров проявляются при оценке их термомеханических свойств путем изменения деформации при последовательно изменяющейся температуре в условиях постоянного нагружения.

Термомеханические кривые аморфных линейных полимеров.Для аморфных линейных полимеров высокой молекулярной массы термомеханическая кривая имеет три участка, соответствующих трем физическим состояниям. Действующая нагрузка должна быть заданной и малой по величине, чтобы механические воздействия на полимер не приводили к изменению его структуры.

Каждому из релаксационных физических состояний полимера соответствует определенный преимущественный тип деформаций (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Термомеханическая кривая аморфных полимеров

Участок I соответствует стеклообразному состоянию, для которого характерны малые деформации и полимер ведет себя как обычное твердое тело с высоким модулем упругости. Деформация полимеров в стеклообразном состоянии связана с проявлением упругости и обусловливается смещением атомов в макромолекулах, приводящих к изменениям межатомных расстояний и углов между направлениями валентных связей.

Участок II соответствует высокоэластическому состоянию с большими обратимыми деформациями, которые превосходят упругую составляющую в тысячи раз и характеризуются модулем высокоэластичности. Большие обратимые высокоэластические деформации, связанные с движением участков цепей макромолекул, свойственны только полимерам и обусловлены наличием больших гибких цепных молекул.

Участок III соответствует вязкотекучему состоянию, для которого характерна пластическая деформация (течение), связанная с взаимным перемещением макромолекул под действием температуры и приложенной нагрузки.

Взаимные переходы аморфных полимеров из одного физического состояния в другое не являются фазовыми превращениями, так как на температуры переходов Т_с и Т_т оказывают существенное влияние такие факторы, как скорость механического воздействия, скорость нагревания и т.д. Эти переходы в отличие от фазовых превращений происходят постепенно и непрерывно в некотором интервале температур.

Термомеханические кривые кристаллических полимеров

Термомеханические кривые таких полимеров зависят от соотношения температуры плавления кристаллов и температуры текучести такого же полимера в аморфном состоянии. В случае, когда Т_пл > Т_т (кривая 1), результатом плавления является образование вязкотекучей жидкости, тогда как при Т_пл < Т_т (кривая 2) расплавом оказывается высокоэластическое тело (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Термомеханическая кривая кристаллических полимеров

Термомеханические кривые аморфно-кристаллических полимеров занимают промежуточное положение между рассмотренными предельными кривыми для аморфных и кристаллических полимеров. Кривая имеет некоторый подъем при температуре стеклования. Дальнейший ход кривой зависит от соотношения температуры текучести аморфной фазы и температуры плавления кристаллической фазы. При условии Т_пл > Т_т наличие кристаллической фазы должно задерживать течение образца при Т_т и пластические деформации проявляются лишь при температуре Т_пл (кривая 1), а когда Т_пл < Т_т, будет получена ступенчатая кривая 2 (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Термомеханическая кривая аморфно - кристаллических полимеров