Три физических состояния аморфных полимеров.

Аморфные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.

1) твердые полимеры, имеющие аморфное или кристаллическое строение, мало изменяют свою форму даже при больших механических нагрузках. После устранения нагрузки они восстанавливают первоначальную форму.

Твердые аморфные полимеры, не успевшие при охлаждении закристаллизоваться, но потерявшие текучесть, называют стеклообразными полимерами.

2) Высокоэластичные полимеры (эластомеры), имеющие в ненапряженном состоянии аморфное строение (каучуки и резины), деформируются под воздействием относительно небольших нагрузок. При нагревании многие твердые полимеры становятся высокоэластичными (полистирол, поливинилхлорид).

3) текучие полимеры, имеющие аморфное строение, необратимо изменяют свою форму под действием незначительных нагрузок (например, низкомолекулярный полиизобутилен, разветвленный фенолформальдегидный полимер - резол).

В зависимости от температуры и условий механического воздействия аморфный полимер способен переходить из одного физического состояния в другое без скачкообразных изменений термодинамических свойств. Во всех трех физических состояниях аморфный полимер является жидкой фазой.

Изучение зависимости механических свойств от температуры или, иначе говоря, получение термомеханической зависимости или термомеханической кривой отвечает не только на вопросы о свойствах полимера при данной температуре, но и дает возможность проанализировать структуру полимера, гибкость его макромолекул. Чем более гибки макромолекулы, тем до более низкой температуры полимер остается эластичным.

Термомеханическую кривую удобно получить в форме зависимости деформируемости полимера от температуры. Вырежем из полимера кубик, измерим его, поместим в термостат при определенной температуре Т и подействуем грузом Р. Пусть время воздействия груза будет, например, 10 секунд. Измерим высоту кубика под грузом и рассчитаем деформацию полимера ε при температуре Т .

Нагреем образец до температуры Т и снова на 10 секунд нагрузим его тем же грузом Р. Измерим деформацию ε при более высокой температуре Т . Продолжим эту процедуру далее и получим ряд значений ε , ε , ε , ε и т.д. при соответствующих температурах Т ,Т , Т , Т и т.д. По этим экспериментальным данным можно построить термомеханическую кривую.

Зависимость деформации полимера от температуры при действии на него постоянной нагрузки в течение определенного времени выражается графиком – термомеханической кривой.

Термомеханическая кривая аморфного полимера:

I- область стеклообразного состояния;

II- переходная область;

III- область высокоэластического состояния, характерная только для полимеров;

IV- область вязкотекучего состояния.

В стеклообразном состоянии происходят колебательные движения атомов и групп атомов около положения равновесия.

В области высокоэластического состояния в полимере происходит вращение сегментов.

В области вязкотекучего состояния происходит перемещение отдельных участков макромолекул, то есть полимер течет.

Выше температуры текучести (Т_т) наблюдаются необратимые деформации. В стеклообразном состоянии наблюдаются небольшие обратимые деформации, а в высокоэластическом состоянии наблюдается значительная деформация.