Аморфное фазовое состояние полимеров (аморфная фаза)

На начальной стадии изучения морфологии (т.е. структуры) полимеров считалось, что длинные макромолекулы вообще не способны к образованию упорядоченных структурных форм. Предполагалось, что полимерные вещества – целиком аморфны, макромолекулы в них расположены хаотично, а структура полимера напоминает войлок или вареные макароны. Но это не так!

Аморфная фаза обладает определенной начальной структурой. Ее элементарное единицей является: глобула (при преобладании сил внутримолекулярного взаимодействия над силами межмолекулярного взаимодействия) или пачка (при преобладании сил межмолекулярного взаимодействия над силами внутримолекулярного взаимодействия).

Глобула может включать в себя от единиц до сотен макромолекул. Строение аморфной пачки (АП) часто трактуется 2-мя основными моделями (рис. 17):

а. линейная модель (относительно параллельны несколько макромолекул или их сегментов);

б. складчатая модель – относительно параллельны несколько фрагментов одной цепи.

При определенных условиях указанные элементарные образования могут укрупняться, формируя фибриллы (т.е. волокна), дендриты и полосатые структуры (рис. 18).

При этом фазового перехода не происходит, т.е. все перечисленные структурные формы – аморфны. Процесс агрегирования (укрупнения) развивается при повышении температуры (в случае достаточной гибкости макромолекул) и более характерен для пачек. Кроме того, аморфные глобулярные образования менее плотные и однородные, чем формы, образованные пачками, т.к. размеры глобул различны.

Физические состояния аморфной фазы.Аморфная фаза в зависимости от температуры может находиться в 3-х физических состояниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.

Стеклообразное состояние характеризуется колебательным движением атомов, входящих в состав цепи, около положения равновесия. Колебательное движение звеньев и перемещение цепи, как единого целого, практически отсутствует.

Высокоэластическое состояние характеризуется колебательным движением звеньев (крутильные колебания), вследствие чего цепь способна изгибаться.

Вязкотекучее состояние характеризуется подвижностью всей макромолекулы, как единого целого.

При нагревании, в некотором диапазоне температур, АФ постепенно переходит из стеклообразного состояния в высокоэластическое. Средняя температура этого перехода называется температурой стеклования – Тс. При температуре, выше и ниже Тс, – полимер аморфен! При дальнейшем нагревании имеет место переход из высокоэластического состояния в вязкотекучее. Средняя температура этого перехода называется температурой течения – Тт. Переходы АФ из одного физического состояния в другое свойственны всем полимерам – и не способным к кристаллизации, и способным кристаллизоваться.