5.3. Физические состояния полимеров

Физические состояния полимеров проявляются при оценке их термомеханических свойств путем изменения деформации при последовательно изменяющейся температуре в условиях постоянного нагружения.

Термомеханические кривые аморфных линейных полимеров. Для аморфных линейных полимеров высокой молекулярной массы термомеханическая кривая имеет три участка, соответствующих трем физическим состояниям. Действующая нагрузка должна быть заданной и малой по величине, чтобы механические воздействия на полимер не приводили к изменению его структуры.

Каждому из релаксационных физических состояний полимера соответствует определенный преимущественный тип деформаций (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Термомеханическая кривая аморфных полимеров

Участок I соответствует стеклообразному состоянию, для которого характерны малые деформации и полимер ведет себя как обычное твердое тело с высоким модулем упругости. Деформация полимеров в стеклообразном состоянии связана с проявлением упругости и обусловливается смещением атомов в макромолекулах, приводящих к изменениям межатомных расстояний и углов между направлениями валентных связей.

УчастокII соответствует высокоэластическому состоянию с большими обратимыми деформациями, которые превосходят упругую составляющую в тысячи раз и характеризуются модулем высокоэластичности. Большие обратимые высокоэластические деформации, связанные с движением участков цепей макромолекул, свойственны только полимерам и обусловлены наличием больших гибких цепных молекул.

Участок III соответствует вязкотекучему состоянию, для которого характерна пластическая деформация (течение), связанная с взаимным перемещением макромолекул под действием температуры и приложенной нагрузки.

Взаимные переходы аморфных полимеров из одного физического состояния в другое не являются фазовыми превращениями, так как на температуры переходов Т_с и Т_т оказывают существенное влияние такие факторы, как скорость механического воздействия, скорость нагревания и т.д. Эти переходы в отличие от фазовых превращений происходят постепенно и непрерывно в некотором интервале температур.