晶態(tài)和非晶態(tài)
固態(tài)高分子化合物按其分子鏈在空間的堆砌情況不同,可分為晶態(tài)和非晶態(tài)。晶態(tài)高聚物中分子鏈作有規(guī)則的排列。非晶態(tài)高聚物中,分子鏈的排列是無規(guī)則的。同一高聚物可以兼具晶態(tài)和非晶態(tài)兩種結(jié)構(gòu)。例如,合成纖維型分子的排列,一部分是結(jié)晶區(qū),另一部分是非結(jié)晶區(qū),分子鏈可以貫穿好幾個結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)(圖6-6)。通常以結(jié)晶度(晶區(qū)部分所占的質(zhì)量或體積分?jǐn)?shù))作為結(jié)晶部分含量的量度。
高聚物的結(jié)晶度隨其種類、結(jié)晶條件不同而變化。結(jié)晶度的大小是影響高分子材料的機(jī)械強(qiáng)度、密度、耐熱、耐溶性等性能的重要因素。通常隨著結(jié)晶度增加,高分子化合物的熔點、強(qiáng)度、硬度、密度和尺寸穩(wěn)定性提高,而伸長率、吸濕性性、韌性、溶脹度和染料吸附能力下降。
三種力學(xué)狀態(tài)
高聚物從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時,一般沒有有確定的熔點。對于鏈型非晶態(tài)高聚物而言,隨著溫度的變化,在從固態(tài)逐步軟化變?yōu)橐簯B(tài)的過程中,出現(xiàn)三種不同的力學(xué)狀態(tài),即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)。它們是分子處于不同運(yùn)動狀態(tài)的宏觀表現(xiàn)。圖6-7是這種變化的示意圖。
玻璃態(tài):當(dāng)溫度較低時,高分子化合物不僅整個分子鏈不能運(yùn)動,而且鏈段(以分子鏈某一長度所形成的運(yùn)動單元,一般由幾個至50個原子連接而成)也處于被“凍結(jié)”的狀態(tài),分子的狀態(tài)和分子的相對位置都被固定下來,但分子的排列仍然是紊亂無序的。此日時分子只能在它自己的位置上振動。當(dāng)加外力時,形變很小,鏈段只作瞬時的微小伸縮和鍵角改變。當(dāng)外力去除時,形變能立即回復(fù)。此時的高分子化合物像玻璃一樣堅硬,因而稱為玻璃態(tài)。常溫下的塑料就是處于這種狀態(tài)
高彈態(tài):隨著溫度的升高,分子熱運(yùn)動能量增加。當(dāng)達(dá)到某一溫度時,雖然整個分子鏈還不能運(yùn)動,但鏈段可以自由轉(zhuǎn)動了。此時在外力作用下可以產(chǎn)生很大的可逆形變。當(dāng)外力去除后,它又恢復(fù)到原來的形狀,表現(xiàn)出很高的彈性,因而稱之為高彈態(tài)。常溫下的橡膠就是處于這種狀態(tài)。
黏流態(tài):當(dāng)溫度上升到適當(dāng)范圍時,分子的動能增加,不僅鏈段能夠運(yùn)動,而且整個分子鏈都能運(yùn)動,高分子化合物就成為流動的黏稠液體。此時整個分子與分子之間能發(fā)生相對移動。高分子化合物所處的這種狀態(tài)稱為黏流態(tài)。黏流態(tài)產(chǎn)生的流動形變量不可逆,當(dāng)外力解除后,形變不能恢復(fù)。
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