高聚物的物理状态有哪几种,有何特点?

2014-09-29 09:37 作者:管理员11 来源:未知 浏览: 字号:
高聚物的物理状态有哪几种,有何特点?
    高聚物在不同温度下会呈现三种不同的物理状态:玻璃态、高弹
态、黏流态。不同的状态具有不同的力学性能,这对高分子材料的成
型加工和使用范围都有很大影响。常见非晶态高聚物在恒定应力下
的温度一形变曲线见图1-1。由图1-1可见,热塑性塑料在不同
的温度下呈现出以下三种物理状态。
   非晶态高聚物的温度-形变曲线

(1)玻璃态
    Tg是高聚物的重要特征温度,叫玻璃化温度。它不是一个固定
的温度值,而是随测试方法和条件不同而变化的。当温度低于Tg
时,高聚物是刚硬的,处于玻璃态,是坚硬的固体。此时,由于分子运
动能量低,链段运动被冻结,只能使主链内的键长和键角有微小的改
变。在宏观上表现为聚合物在受力方向上有很小的弹性变形,由于
弹性模量高,形变值小,所以处于玻璃态的聚合物只能进行一些车、
铣、削、刨等机械加工。这一聚集态也是聚合物的使用态。材料使用
的下限温度称为脆化温度,低于脆化温度时,材料受力容易发生断裂
破坏。
    (2)高弹态
    在玻璃化温度Tg和勃流温度Tf之间,聚合物处于高弹态,也叫
橡胶态。处于高弹态的高聚物有以下重要特性:
    ①可回复的弹性变形量高达100%~1000%,但变形的恢复不
是瞬时完成的。而金属材料的普弹形变不超过1%。
    ②弹性模量比普通弹性材料小三个数量级,一般只有lOkgf/cm²
的数量级,且随绝对温度升高而升高。
    ③在快速拉伸时(绝热过程),高聚物温度上升,而金属材料温
度下降。如果把橡胶薄片拉长,把它贴在嘴唇或面颊上,就会感到橡
皮在伸长时发热,回缩时吸热。
    ④形变与时间有关,橡胶受到外力(应力恒定)压缩或拉伸时,
形变总是随时间而发展,最后达到最大形变,这种现象叫蠕变。原
因:由于橡胶是长链分子,整个分子的运动都要克服分子间的作用力

和内摩擦力,高弹形变就是靠分子链段运动来实现的。整个分子链
从一种平衡状态过渡到与外力相适应的平衡状态,可能需要几分钟、
几小时甚至几年。也就是说,在一般情况下形变总是落后于外力,所
以橡胶形变需要时间。
    处于高弹态的高分子整个分子的运动仍不可能,但链段可以通
过主链中的单键的内旋转而不断改变构象,甚至可使部分链段滑移。
高弹性模量比普弹性模量小4~5个数量级,所以对某些材料可进行
加压、弯曲、中空或真空成型。由于高弹形变比普弹形变大一万倍左
右,且属于与时间有依赖性的可逆形变,所以在成型加工中为求得符
合形状、尺寸要求的制品,往往将制品迅速冷却到玻璃化温度以下。
对结晶性聚合物,可在玻璃化温度至熔点的温度区间内进行薄膜吹
塑和纤维拉伸。
    (3)黏流态
    当温度进一步升高,超过薪流温度Tf时,分子链作为一个整体
。可以相对滑动,在外力的作用下,聚合物像液体一样钻性流动,形变
变得不可逆了,称为黏流态。呈猫流态的聚合物熔体在勃流温度Tf
以上稍高的温度范围内,常用来进行压延成型和某些挤出、吹塑成
型。比黏流温度Tf更高的温度,使聚合物大分子热运动大大激化,
产生不可逆黏性形变占绝对优势,这一温度范围常用于进行纺丝、注
射、挤出、吹塑、贴合等成型加工。过高的温度使聚合物豁度降低,会
给成型带来困难并使产品质量变劣;当温度高到分解温度时,会引起
聚合物的分解变质。
    随着结晶度的增加,熔点提高,高弹态缩小,至完全结晶时高弹
态消失。部分结晶高聚物的上述特性,为通过调整和控制结晶度来
改变材料的性能提供了可能。低于Tg时,高聚物为刚性硬塑料;在
Tg~Tm之间,高聚物为韧性塑料。图1-2是部分结晶高聚物的物
理状态和温度、分子量的关系。


(责任编辑:laugh521521)
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