Физические состояния полимеров

Полимеры могут находиться в двух агрегатных состояниях: твердом (кристаллическом или аморфном) и жидком (вязко-текучем). В парообразное состояние полимеры не переходят, так как давление паров полимеров незначительно и при нагреве выше определенных температурах они разлагаются.

Твердые аморфные полимеры переходят в жидкое состояние через промежуточное высокоэластическое состояние, которое в свою очередь наступает при нагреве выше температуры стеклования. Оно характеризуется подвижностью участков цепи при отсутствии перемещения цепи в целом.

Кристаллические полимеры при переходе в жидкое состояние также проходят через зону высокоэластического состояния (за счет областей аморфной фазы). Чем больше степень кристалличности, тем меньше зона высокоэластического состояния.

Термомеханическая кривая аморфного полимера.

1. Зона стеклообразного состояния.

2. Зона высокоэластического состояния.

3. Зона вязко-текучего состояния.

Термомеханическая кривая для аморфного полимера представляет собой зависимость деформации от температуры.

Деформация — это относительное перемещение частиц тела при сохранении непрерывности. Деформация материалов может быть упругой, высокоэластической и пластической.

Жесткие материалы (сталь) обладают упругой деформацией, следующей закону Гука:

Δ l / l = Ϭ / Е,

где Δ l - величина деформации, то есть удлинение.

l - длина образца.

Ϭ - напряжение.

Е — модуль упругости, равный напряжению при удлинении образца вдвое.

Упругая деформация происходит почти мгновенно, вслед за приложением силы и имеет незначительную величину, так как при деформации примерно равной 1% образец разрушается.

Все виды упругой деформации характеризуются тем, что при снятии внешнего усилия деформация исчезает и тело возвращается к первоначальной форме.

Эластичные тела (резина), также обладают упругой деформацией, но соотношение между вариантами усилия деформации носят совершенно другой характер; небольшие усилия вызывают значительное удлинения образца. Такая деформация называется высокоэластической.

При растягивании высокоэластичных материалов они значительно удлиняются, что связано с выпрямлением свернутых цепей. Высокоэластичная деформация обратима. После снятия нагрузки образец восстанавливает начальную длину, так как растянутые цепи снова свертываются.

Пластической называется необратимая деформация, сохраняющаяся и после удаления внешних усилий. Пластическая деформация характеризуется тем, что под влиянием внешних усилий изменяется взаимное расположение частиц тела без изменения энергии системы. Поэтому новое расположение частиц сохраняется после снятия напряжения.

Полная деформация полимера складывается, таким образом, из упругой, высокоэластической и пластической.

Технология переработки пластмасс в изделия учитывает зависимость деформации от температуры, а также физическое состояние полимера.

Деформация при температурах меньше Тс мала и резко увеличивается при переходе в высокоэластическое состояние. При температуре больше Тт полимер становится вязкотекучим или пластическим.

Дата добавления: 2014-01-04