Фазовые и физические состояния полимеров

Фазой называется часть системы, отделенная от других частей той же системы поверхностью раздела. Каждую фазу отличают только ей присущие термодинамические свойства и способности существовать независимо от других фаз.

Со структурной точки зрения разные фазы в пределах одной и той же системы различаются порядком их молекулярного расположения.

Известно, что низкомолекулярные соединения существуют в трех фазовых состояниях: кристаллическом, жидком и газообразном, которые отличаются друг от друга порядком во взаимном расположении молекул. Так, кристаллическое фазовое состояние качественно определяется наличием дальнего порядка во всех трех направлениях кристаллической решетки. Отдельные атомы или молекулы находятся на своих равновесных позициях и при этом сохраняется определенный повторяющийся порядок на расстоянии, в сотни раз превышающем размер индивидуальных молекул. Эти молекулы не обладают молекулярной подвижностью, а способны только к колебательным движениям около положения равновесия.

Жидкое фазовое состояние часто называют аморфным, поскольку в жидкостях отсутствует кристаллическая решетка и наблюдается лишь ближний порядок в расположении атомов и молекул. Плотность упаковки молекул или атомов аморфных веществ остается высокой, но несколько ниже, чем у кристаллических тел.

Для газообразного состояния характерно поступательное, вращательное и колебательное движение молекул. Плотность упаковки молекул мала.

Для полимеров характерно одновременное существование кристаллической и аморфной фаз в разных соотношениях. Однако газообразное фазовое состояние для полимеров отсутствует.

В отличие от низкомолекулярных соединений полимеры существуют только в двух агрегатных состояниях: твердом и жидком. Твердому агрегатному состоянию соответствует кристаллическое и аморфное фазовое состояние. Твердые аморфные тела называют стеклообразными (по аналогии с низкомолекулярными стеклами). Жидкое агрегатное состояние полимеров называется вязкотекучим. Три состояния полимеров (стеклообразное или кристаллическое, высокоэластическое и вязкотекучее) называются физическими состояниями полимеров.

Физическое состояние полимеров можно определить по изменению любого показателя, который чувствителен к изменению физического состояния. Например, суммарная деформация полимера (e) в зависимости от температуры (Т), дает кривую, приведенную на рис. 3.4. Эту кривую на рис. 3.4 условно разбивают на три участка. На первом участке при ( – температура стеклования) полимер находится в стеклообразном состоянии, для которой характерны незначительная ударная деформация и невысокий коэффициент температурного расширения. По мере повышения температуры полимер переходит в область II, которую называют плато высокоэластичности. Для него характерна большая величина деформации, которая остается практически постоянной до температуры текучести ( ). При дальнейшем повышении температуры полимер переходит выше в область вязкого течения.

 

Таким образом, характерным отличием полимеров от низкомолекулярных соединений является наличие трех физических состояний: стеклообразного, высокоэластического и вязкотекучего, а также довольно протяженных (около 10− 20 °С) переходных областей.

 

 

Рис. 3.4. Термомеханическая кривая аморфного полимера

 

Тенденция к кристаллизации обусловлена силами, действующими между различными цепями, т. е. различными молекулами.

Рис. 3.5. Образование кристаллов в чистокристаллическом полимере

 

Также межмолекулярные силы увеличивают прочность полимера, ибо повышают сопротивление материала к воздействию внешних сил. Рис. 3.5 поясняет, каким образом аморфные и кристаллические области могут сосуществовать и удерживаться вместе при помощи длинных цепей, проходящих через них. Высокая степень кристалличности характерна для полимеров с простой структурой мономерного звена и сравнительно высокой степенью упорядоченности. Степень кристалличности оказывает большое влияние на такие свойства полимеров, как плотность, твердость, прочность и др.

В табл. 3.1 приведено сравнение таких свойств, как плотность, твердость, прочность для двух образцов полиэтилена А и В, причем степень кристалличности В выше, чем А.

Таблица 3.1

Механические свойства двух образцов полиэтилена с различной степенью кристалличности

 

Свойство	Образец А	Образец В
Плотность, г/см3	0, 917…0, 932	0, 952…0, 961
Твердость (по Шору)	44…50	66…73
Прочность (105× Па)	83…314	221…310

 

Из табл. 3.1 видно, что образец В имеет свойства, отличные от свойств образцов А.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. С учетом условия развития, особенности инфицирования и состояния иммунитета
2. Анализ качественного состояния основных средств
3. Анализ качественного состояния основных фондов торгового предприятия, тыс. руб.
4. Анализ общего финансового состояния
5. Анализ современного состояния АПК в России: задачи и экономическая стратегия развития
6. Анализ финансового состояния предприятия. Анализ ликвидности и возвратности состояния предприятия. Способность предприятия к самофинансированию.
7. Апоптоз встречается при следующих состояниях.
8. В помощь вам приведу несколько рядов психологического состояния.
9. Взаимоотношения между процессами здоровья и болезни и состояния, определяемые этими отношениями
10. Влияние на усталостную прочность состояния поверхности и размеров деталей
11. Возможные состояния обидчика
12. Восприимчивость к эмоциональным состояниям партнера -профессионально необходимое качество для тех, кто работает с людьми.