Физические и фазовые состояния полимеров

Цепное строение и сильное межмолекулярное взаимодействие макромолекул является причиной того, что полимеры могут на-ходиться только в конденсированном состоянии (жидком или твердом).

В полимерах могут присутствовать и кристаллическая, и аморфная фазы. Между фазовым состоянием и строением веще-ства существует прямая связь.

Кристаллические полимеры могут находиться в твердом и в жидком (жидкокристаллическом) состоянии. Аморфные полиме-ры, кроме твердого и жидкого состояния, могут находиться в особом – высокоэластическом состоянии.

Из одного физического состояния в другое полимер переходит при изменении температуры, которое влияет на запас тепловой энергии макромолекул и вызывает изменения в механических и деформационных свойствах полимеров.

Все физические состояния аморфных полимеров можно наблюдать, анализируя термомеханические кривые, показывающие зависимость деформации нагруженного полимера от температуры (рис. 8).

Рис. 8. Термомеханическая кривая аморфного термопластичного полимера

Аморфное состояние полимеров. Стеклообразное состояние аморфного полимера сравнивают с состоянием переохлажденной жидкости, высокая вязкость которой исключает ее свободное течение, превращая в твердое тело. Стеклообразное состояние у полимеров наблюдается тогда, когда их сегменты «заморожены», т.е. лишены подвижности. Этого можно достичь понижением температуры. При стекловании между макромолекулами не возникает новых связей. В затвердевшем полимере наблюдается ближний порядок в расположении отдельных частей макромолекул.

Стеклообразный полимер – это твердый хрупкий материал, в макромолекулах которого лишь атомы или их группы совершают колебательные движения около положений равновесия.

С повышением температуры приток тепловой энергии может оказаться достаточным, чтобы началось движение более крупных фрагментов – сегментов. Наблюдается постепенный переход от свойств твердого, хрупкого материала к свойствам более мягкого, пластичного тела. Среднее значение области температур, в кото-рой наступает сегментальная подвижность макромолекул, назы-вают температурой стеклования Т_с (участок I на рис. 8). Так как гибкость цепи и размер сегмента взаимосвязаны и зависят от внутри- и межмолекулярного взаимодействия в полимере, то факторы, усиливающие эти взаимодействия, будут повышать Т_с и, наоборот, снижать ее при ослаблении сил межмолекулярного взаимодействия (табл. 2).

Т а б л и ц а 2