柔順性
線性高聚物除了分子鏈可以運(yùn)動(dòng)外,分子鏈中的C-C單鍵(σ鍵)能夠繞著鍵軸線相對(duì)自由旋轉(zhuǎn)。由于碳鏈中相鄰兩個(gè)單鍵具有定的夾角,使得這種自由旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡跡如圖6-8所示。
由于單鍵的高速旋轉(zhuǎn),可知一個(gè)高分子鏈的形狀不是單一的,也不是固定不變的,而且呈伸直狀的極少,絕大部分呈卷曲狀態(tài)。若作用以外力,分子鏈的形態(tài)會(huì)發(fā)生改變,同時(shí)引起物體外形的改變。外力撤除,又能借單鍵的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而恢復(fù)其卷曲形態(tài)。高分子鏈的這種強(qiáng)烈卷曲的傾向稱為柔順性。柔順性對(duì)高聚物的彈性和塑性等有重要的影響。
彈性
彈性是指某物體形變的可恢復(fù)性。線型高分子化合物在通常情況下,總是處于能量低的卷曲狀態(tài)。由于分子鏈的柔順性,當(dāng)這種種聚合物受到拉力時(shí),卷曲的分子可以被拉直一些,這時(shí)分子的能量增高,除去拉力后,又會(huì)縮卷起來,這就使物體呈現(xiàn)了彈性。例如,橡膠具有良好的彈性。線型或輕度網(wǎng)型聚合物都有不同程度的彈性,但交聯(lián)多時(shí)則會(huì)失去鏈的柔順性,變成僵硬且彈性很差的物質(zhì)。
塑性
塑性是指線型高分子化合物加熱到一定溫度后,就逐逐漸軟化。這日時(shí)可以把它放在模子里壓成一定形狀,冷卻并去壓后仍可保持該形狀,這種性質(zhì)稱為塑性。塑米料就是因?yàn)榫哂锌伤苄远妹?。有些線型高分子化合物可以反復(fù)加熱和冷卻,仍可保持其形狀,這類物質(zhì)稱為熱塑性高分子化合物。例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等線型聚合物屬于此類。它們易于加工,可反復(fù)應(yīng)用。另一些聚合物在加熱過程中繼續(xù)起變化,分子鏈互相交聯(lián),結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤苄缘捏w型結(jié)構(gòu),不能多次加熱壓膜。這類物質(zhì)稱為熱固性高分子化合物。例如酚醛樹脂、脲醛樹脂等屬于此類。
力學(xué)性能
高聚物的力學(xué)性能主要是指抗壓、抗拉、抗沖擊及抗彎曲等。它們與高聚物的平均聚合度、結(jié)晶度及分子間力等因素有關(guān)。
高聚物的平均聚合度增大,有利于增加分子鏈間的作用力,可使拉伸強(qiáng)度與抗沖擊強(qiáng)度提高。但當(dāng)聚合度超過一定數(shù)值后,不但拉伸強(qiáng)度變化不大,還會(huì)使黏流溫度Tf升高而不利于加工。
高聚物分子鏈中含有極性基團(tuán)或鏈間能形成氫鍵時(shí),都可增大分子鏈間的作用力而提高其強(qiáng)度。如聚氯乙烯因含有極性基團(tuán)-Cl,其拉伸強(qiáng)度一般比聚乙烯高。
適度的交聯(lián)可提高抗沖擊強(qiáng)度,但過分交聯(lián)則使材料變脆。如聚乙烯適度交聯(lián)后,抗沖擊強(qiáng)度可提高3~4倍。而酚醛塑料因交聯(lián)程度高而變脆。
高聚物中,處于結(jié)晶態(tài)的分子鏈排列緊密,分子鏈間作用力較大,力學(xué)強(qiáng)度也較高。合成纖維的結(jié)晶度比塑料和橡膠要高,其力學(xué)強(qiáng)度比后兩者都要好,但是結(jié)晶度增加,會(huì)降低高聚物的彈性和韌性,影響其抗沖擊強(qiáng)度。