Главная » Высокомолекулярные соединения » Физические состояния полимеров

Физические состояния полимеров



Для полимеров характерны два агрегатных состояниякристаллическое и аморфное.

В газообразное состояние полимер перевести невозможно, так как при нагревании гораздо легче разрушить макромолекулы, чем полностью преодолеть силы взаимодействия между ними.

1. Аморфное (жидкое)состояние полимера характеризуется отсутствием упорядоченности в расположении макромолекул.

2. Под кристалличностью полимеров понимают упорядоченное расположение некоторых отдельных участков цепных макромолекул.

Кристаллическое состояние возможно лишь для стереорегулярных полимеров. При этом оно значительно отличается от упорядоченного кристаллического состояния низкомолекулярных веществ.

Для кристаллических полимеров характерна лишь частичная упорядоченность макромолекул, т. к. процессу кристаллизации препятствует длинноцепное строение макромолекул.

Кристаллические полимеры отличаются от аморфных тем, что одна и та же макромолекула может проходить через кристаллические и аморфные участки. В кристаллическом полимере всегда имеются аморфные области и можно говорить лишь о степени его кристалличности.

Степень кристалличности может меняться у одного и того же полимера в зависимости от внешних условий. Например, при растяжении полимерного образца происходит взаимная ориентация макромолекул, способствующая их упорядоченному параллельному расположению, и кристалличность полимера возрастает. Это свойство полимеров используется при вытяжке волокон для придания им повышенной прочности.

Фибриллярная структура кристаллических областей характерна для жесткоцепных, а складчатая — для гибкоцепных полимеров.

Для аморфных полимеров возможны три физических (деформационных) состояния – стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. Из одного физического состояния в другое полимер переходит при изменении температуры. Изменение температуры влияет на запас тепловой энергии макромолекул и вызывает изменения в механических свойствах полимеров.

Граница между стеклообразным и высокоэластическим состояниями называется температурой стеклования Тс, а между высокоэластическим и вязкотекучем состояниями – температурой текучести Тт.

Сетчатые полимеры ни при каких условиях не могут перейти в вязкотекучее состояние, поскольку химические сшивки препятствуют течению. Поэтому для них отсутствует температура текучести. При нагреве свыше Тс сшитые полимеры, находящиеся в высокоэластическом состоянии, разрушаются.

Стеклообразное состояние аморфного полимера сравнивают обычно с состоянием переохлажденной жидкости, высокая вязкость которой исключает ее свободное течение и обеспечивает устойчивость формы, что свойственно как твердому телу. Стеклообразное состояние у полимеров наблюдается тогда, когда их макромолекулы лишены подвижности. Этого можно достичь понижением температуры.

Стеклообразный полимер (полимерное стекло) – это твердый хрупкий (хрупкость — свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций, является противоположным свойству пластичности) материал.

Чтобы вызвать даже небольшую деформацию застеклованного полимера, нужно приложить к нему большую механическую нагрузку. При действии на полимер напряжения (нагрузки) он разрушается как хрупкое тело при очень малой деформации.

Для стеклообразных полимеров характерны относительно небольшие упругие (обратимые) деформации (1-10%). Причем полимерные стекла отличаются повышенной прочностью от низкомолекулярных стеклообразных тел, которые разрушаются при деформировании уже на 0,1-1%. Полимеры в стеклообразном состоянии применяются в производстве пластмасс.

Высокоэластическое состояние проявляется только тогда, когда макромолекулы имеют значительную длину (большую молекулярную массу). Оно особенно свойственно гибкоцепным  полимерам, и может проявляться для них уже при комнатной температуре. В случае значительного межмолекулярного взаимодействия высокоэластическое состояние наблюдается при повышенных температурах.

В высокоэластическом состоянии деформация носит обратимый характер.

Высокоэластические полимеры способны обратимо деформироваться на сотни процентов.

Высокоэластическое состояние наблюдается в области температур Тс – Тт, где Тт – температура текучести полимера.

В высокоэластическом состоянии в условиях эксплуатации находятся все каучуки. Это состояние характерно лишь для полимеров.

В вязкотекучем состоянии полимер ведет себя как очень вязкая жидкость, которая под действием силы проявляет необратимую деформацию (деформацию течения). При течении происходит перемещение целых макромолекул относительно друг друга. Деформация в вязкотекучем состоянии может развиваться бесконечно и носит необратимый характер.

Это состояние реализуется обычно при повышенных температурах и используется для переработки полимеров в изделия.

Высокомолекулярные соединения (ВМС)




Написать комментарий

WP-SpamFree by Pole Position Marketing