Механические свойства полимеров в стеклообразном и кристаллическом состояниях

Полимеры могут существовать в двух фазовых состояниях — аморфном и кристаллическом. В свою очередь, аморфные полимеры могут существовать в трех физических состояниях — стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. С каждым из этих состояний связан определенный комплекс механических свойств. Полимеры переходят из одного физического состояния в другое при изменении температуры. [c.139]

В последнее время важное значение придается влиянию надмолекулярных структур на механические свойства полимеров. Полимеры, обладающие после синтеза определенной структуро и свойствами, могут приобрести иной комплекс свойств при перестройке их надмолекулярных структур. Прочность ориентированных полимеров зависит не только от совершенства молекулярной ориентации, но и от характера надмолекулярной структуры. Большое разнообразие надмолекулярных структур позволяет получить многообразие свойств в пределах каждого физического состояния полимера кристаллического, стеклообразного и высокоэластического. [c.127]

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ В СТЕКЛООБРАЗНОМ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИЯХ [c.218]

Большое влияние на механические свойства полимеров оказывает взаимная ориентация цепей, которая легче всего осуществляется при нахождении полимера в вязкотекучем состоянии, когда подвижность его цепей высока. Однако лри медленном растяжении полимеров, находящихся в высокоэластическом, кристаллическом и стеклообразном состояниях, также наблюдается [c.239]

При изучении механических свойств динамические методы предпочтительны, так как получаемые данные гораздо лучше описывают фактические механические свойства полимера. Кроме того, при использовании статических методов переходы и процессы релаксации в кристаллических полимерах, находящихся в стеклообразном состоянии, часто затемняются из-за наличия кристаллических областей. [c.414]

Аналогичные результаты были получены как для других типов жесткоцепных полиарилатов, так и для полиарилатов анилида фенолфталеина, полученных гомогенной поликонденсацией при повышенных температурах в различных растворяющих полимер средах. Таким образом, приведенные в этой главе данные подтверждают, что надмолекулярные структуры оказывают существенное влияние на свойства полимерного тела не только в кристаллическом, но и в стеклообразном состоянии. Одновременно можно сделать вывод, что при синтезе полимеров с жесткими макромолекулами необходимо учитывать влияние реакционной среды на отбор тех или иных конформаций макромолекул в процессе самого синтеза. Следовательно, комплекс механических свойств полимеров с жесткими макромолекулами можно регулировать не только путем химических изменений макромолекул, но и изменением физических условий взаимодействия растущей макромолекулы с окружающей средой. [c.40]

Необходимо сразу же сказать, что в области изучения закона трения твердых стеклообразных полимеров нет единого мнения относительно вида зависимости силы или коэффициента трения от нагрузки, нет и четких значений коэффициента трения. По нашему мнению, это связано с двумя обстоятельствами во-первых, с использованием различных методов исследования (режимы нагружения, скорости скольжения, внешние условия и т. п.) во-вторых, с сильным различием между исходными физико-механическими характеристиками у исследуемых полимеров. Возьмем в качестве примера хорошо исследованный фторопласт-4. Это материал, степень кристалличности которого колеблется в зависимости от технологии изготовления от 0,45 до 0,80 [29]. Принимая во внимание, что температура плавления этого материала равна 327° С, а температура стеклования аморфной части около —120° С, можно ясно видеть, в каком широком интервале могут меняться физические свойства в исходном состоянии. Фторопласт-4 имеет различные модификации кристаллической фазы [30]. Весьма важным его свойством является холодное течение под действием постоянного напряжения. Широкий диапазон физико-механических свойств имеют и другие полимерные материалы (см. гл. 1). Вполне понятно, что без учета особенностей строения и физико-механических свойств полимеров трудно разобраться в конкретных закономерностях и природе трения. [c.68]

При рассмотрении закономерностей, определяющих разрушение полимеров, находящихся в различных состояниях, целесообразно учитывать, что агрегатные и фазовые состояния полимеров не отражают полностью все многообразные состояния, определяющие законы их механического разрушения. Жидкое фазовое состояние, например, включает одновременно три физических состояния полимера стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. Законы механического разрушения в разных физических состояниях существенно отличны друг от друга. Твердое агрегатное состояние объединяет как кристаллическое состояние, так и стеклообразное. Принципиальные различия механических свойств полимеров в аморфном и кристаллическом состояниях очевидны. Поэтому с точки зрения изучения прочности полимеров удобно различать следующие физические состояния жидкое, высокоэластическое и твердое. Последнее включает в себя как стеклообразное (жидкое), так и кристаллическое фазовые состояния. [c.229]

Монография посвящена методам экспериментального исследования механических свойств полимеров. Впей основное внимание уделено полимерам с высоким модулем, находящимся в стеклообразном или кристаллическом состояниях поведение эластомеров освещено лишь в меру необходимости иметь представление о высокоэластической деформации и ее природе, что важно для правильного уяснения всей совокупности механических свойств полимеров. [c.3]

Следует отметить, что, несмотря на общеизвестное существенное различие механических свойств аморфных и кристаллических полимеров, характер зависимости деформация—напряжение кристаллического полимера оказывается близким к характеру этой зависимости для аморфного. Так, образование и развитие шейки для обоих состояний полимера сопровождается заметно выраженным эффектом ориентации. Наблюдается скачкообразное возникновение оптической анизотропии, возрастание плотности и т. п. Но образование шейки в аморфном стеклообразном материале не сопровождается возникновением кристаллических агрегатов. Последние возникают в кристаллизующемся полимере после прогрева материала, из которого образована шейка, выше температуры стеклования. При этом происходит достаточно строгая ориентация образовавшихся кристаллитов. [c.66]

Кристаллиты оказывают большое влияние не только на механические, но и на транспортные свойства полимеров. Влияние кристалличности на модуль упругости представлено на рис. П-12. В стеклообразном состоянии присутствие кристаллитов мало влияет на механические свойства полимеров. При переходе через температуру стеклования аморфное стеклообразное состояние переходит в высокоэластическое, а кристаллическая фаза остается без изменений, то есть цепь остается в состоянии кристаллической решетки, которая поддерживает ее жесткость до тех пор, пока не будет достигнута температура плавления. Поэтому для полностью кристаллических полимеров (100% кристалличности) изменения модуля упругости более вероятны при достижении температуры плавления (Тпл), чем при достижении температуры стеклования ( Тст). [c.56]

Температурные интервалы фазовых и физических состояний определяют комплекс механических свойств и соответственно области практического применения полимера. Так, полимеры, находящиеся при комнатной температуре в кристаллическом (фазовом) или аморфные полимеры в стеклообразном (физическом) состоянии могут быть использованы в качестве пластиков или волокнообразующих материалов. Аморфные полимеры, находящиеся при комнатной температуре в высокоэластическом физическом состоянии, могут применяться в качестве каучуков для получения резиновых изделий. В вязкотекучем состоянии обычно осуществляют переработку (формование) полимеров в изделия. [c.143]

Согласно этой формуле, чем меньше и и чем больше температура, тем вероятнее перегруппировка макромолекул, тем эластичнее полимер. Если же значение и велико, а температура мала, то цепные макромолекулы проявляют себя как жесткие системы. Структурными единицами, из которых образуются полимеры, являются пачки, состоящие из большого числа цепных макромолекул. В зависимости от степени упорядоченности молекул в пачках полимеры могут существовать в кристаллическом и трех аморфных (стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем) состояниях. Каждое из них определяется комплексом физико-механических свойств, связанных со структурой и прочностью связей вдоль молекулярной цепи и между цепями. Кристаллические полимеры упруги, им присущи анизотропные свойства аморфные полимеры эластичны и изотропны. [c.319]

Кристаллические структуры по-разному влияют на механические свойства кристаллических и кристаллизующихся полимеров. При приложении малых напряжений деформация кристаллических полимеров очень мала. Выше температуры плавления полимер переходит практически сразу в вязкотекучее состояние, при этом деформация резко возрастает (рис. И.8). Кристаллизующийся полимер того же химического строения имеет иную термомеханическую кривую. Так, если расплав кристаллизующегося полимера быстро охладить, то он не успеет закристаллизоваться и перейдет в стеклообразное состояние. До температуры стеклования он будет вести себя как обычный аморфный полимер, т. е. проявлять малые обратимые деформации. В отличие от-кристаллического, у кристаллизующегося полимера проявится и область высокоэластического состояния, и именно в ней, вследствие увеличения сегментальной подвижности макромолекул, наступит кристаллизация. Превратившись в кристаллический, полимер обнаружит высокие необратимые деформации лишь после достижения температуры плавления. [c.30]

В предыдущих главах было показано, что механические и электрические свойства полимеров в сильной степени зависят от их строения, фазового и физического состояния. Эти же факторы влияют и на термодинамические свойства растворов полимеров. Поэтому целесообразно рассмотреть термодинамические закономерности процесса растворения высокоэластических, стеклообразных и кристаллических полимеров. [c.366]

Полимеры могут существовать в аморфном или кристаллическом состояниях. Необходимое условие кристаллизации — регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно образование более сложных надмолекулярных структур, тип которых будет определять весь комплекс физико-механических и химических свойств полимера. Незакристаллизованные полимеры могут находиться в одном из трех физических состояний — стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем, причем в зависимости от ряда факторов возможен переход полимера из одного состояния в другое. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое называются эластомерами, с высокой — пластиками. [c.108]

Следует отметить, что одии и тот же полимер в зависимости от воздействующих на иего различных факторов (механических нагрузок, температуры, типа растворителя и др ) может находиться в аморфном или кристаллическом состоянии, образовывать различные надмолекулярные структуры Особенности полимеров, влияющие иа свойства, отчетливо видиы при рассмотрении термомеханической кривой, показывающей зависимость величины деформации полимера от температуры при постоянной нагрузке (рис 14) В общем случае иа термомеханической кривой можно выделить три области, соответствующие стеклообразному, высокоэластическому и вязкотекучему состояниям [c.22]

При нагревании или охлаждении один и тот же полимер может переходить из одного физического состояния в другое. Например, пол и изобутилен при комнатной температуре находится в высокоэластичном состоянии, но при нагревании может быть переведен в вязкотекучее, а при охлаждении — в стеклообразное. Все три физических состояния аморфных полимеров необходимо строго отличать от фазовых состояний — кристаллического и жидкого. В зависимости от температуры и условий механического воздействия аморфный полимер способен переходить из одного физического состояния в другое без скачкообразных изменений термодинамических свойств. Следовательно, во всех физических состояниях аморфного полимера его фазовое состояние одно и то же — жидкое. [c.362]

Среди эксплуатационных факторов наиболее важным является температура. В зависимости от температуры испытаний полимеры могут находиться в четырех релаксационных состояниях —стеклообразном, высокоэластическом, вязкотекучем и кристаллическом [22]. Характерным свойством полимеров является высокоэластическая деформация. Поэтому для выявления специфики механического разрушения металлополимерных соединений прежде всего целесообразно рассмотреть условия, при которых полимер в адгезионном соединении находится в высокоэластическом состоянии. [c.21]

Переход полимеров, деформированных в адсорбционно-активных средах, в высокодисперсное ориентированное состояние сопровождается не только изменением их механических свойств, но и появлением новых свойств, не характерных для полимеров в стеклообразном или кристаллическом состоянии. Таким свой- [c.88]

Механические свойства студней высокомолекулярных соединений зависят от степени упорядоченности расположения молекул полимеров. При комнатной температуре полимеры могут находиться в кристаллическом и аморфном состоянии. Вследствие больших размеров молекул время кристаллизации этих веществ очень велико, и они легко переохлаждаются. В. А. Каргин и его сотрудники показали, что аморфно-жидкие линейные полимеры находятся в одном из следующих трех физических состояний стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. В стеклообразном состоянии полимеры не текучи и обладают значительной прочностью. По мере нагревания они переходят в высокоэластичное состояние (свойства подобны каучуку при комнатной температуре) и затем в вязкотекучее. Переходы обусловлены изменением подвижности цепей молекул. [c.213]

Все сказанное выше относится к состояниям полимера, отвечающим равновесному состоянию. Следует заметить, что V полимеров мы встречаемся с двумя типами неравновесных состояний. Один из них связан с процессами перехода нз одной термодинамической фазы в другую, т. е. из аморфной фазы в кристаллическую и обратно. Другой же тип неравновесных состояний возникает вследствие задержки процессов перегруппировки цепных молекул (или их частей) в пределах одного и того же фазового состояния. В то время как второй тип неравновесных состояний ответственен за. возникновение стеклообразного и высокоэластического состояний (в случае линейных аморфных полимеров) и обусловливает весь комплекс механических релаксационных явлений в аморфных полимерах, первый тип неравновесных состояний связан с сохранением аморфной фазы со всеми ее свойствами ниже температуры кристаллизации, т. е. с переохлаждением полимера, и является причиной температурного гистерезиса, т. е. различия свойств между охлаждаемым и нагреваемым полимером. [c.101]

Полимеры могут существовать, как известно, в четырех физических состояниях — кристаллическом и трех аморфных (стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем). Полимеры, находящиеся в стеклообразном или кристаллическом состояниях, называют иногда твердыми полимерами. С каждым из физических состояний связан определенный комплекс механических свойств и каждому состоянию соответствует своя область технического применения. [c.9]

В книге излагаются современные представления о химическом строении и надмолекулярной структуре полимеров, об их агрегатных, физических и фазовых состояниях. Рассматриваются термодинамика и кинетика высокоэластической деформации, механические свойства стеклообразных и кристаллических полимеров и их смесей, и реология расплавов полимеров. Обобщены закономерности прочности и динамической долговечности полимерных материалов. [c.2]

Теперь рассмотрим вкратце общую характеристику изменения физических свойств вещества нри его переходе из жидкого в кристаллическое и в стеклообразное состояния. Воспользуемся деформацией — способностью тела изменять свою форму при воздействии механических усилий, поскольку именно с этим свойством будет связано дальнейшее изложение характерных признаков полимеров. [c.120]

Различные полимерные материалы, с которыми имеет дело техника,, могут быть изотропными или анизотропными. К последним относятся, в частности, волокнистые вещества, как целлюлоза, полиамидные или полиэфирные волокна. Анизотропия этих веществ создается у природных полимеров в процессе роста растительного или животного организма, в технике — путем соответствующей механической обработки вещества. Изотропные материалы — каучуки, пластмассы и т. д. — могут иметь аморфное, частично кристаллическое или кристаллическое строение. В зависимости от внешних условий — от температуры и давления, а также от временного режима эксплуатации — один и тот же полимер может существовать в трех различных состояниях. При низких температурах аморфные полимерные материалы обладают хрупкостью и не могут претерпевать больших деформаций без разрушения. Это — стеклообразное состояние. При более высоких температурах,, превышающих так называемую температуру стеклования, различную для разных веществ и существенно зависящую от временного режима опыта, полимеры переходят в вязкоэластическое, каучукоподобное состояние. Наконец, при температурах, превышающих так называемую температуру текучести, полимеры приобретают свойства вязкой жидкости, переходят в вязко-текучее состояние. [c.8]

При эксп.пуатации полимеров и материалов на их основе одними из наиболее важных являются их механические свойства. Д я кристаллических тел до некоторой температуры степень его деформации под нагрузкой незначительна, а затем резко увеличивается из-за фазового перехода из кристаллического в жидкое состояние. Однако для стеклообразного (аморфного) тела изменение его деформации принимает другой вид (рис. 31.2). [c.615]

Переход полимера в кристаллическое состояние приводит к потере им высокоэластических свойств. Типичные термомеханические кривые кристаллических полимеров представлены на рис. V. 6. Ниже Т л деформация, развивающаяся в кристаллическом полимере под действием небольшой нагрузки, мала. В полимерах с высокой степенью кристалличности переход из стеклообразного состояния в высокоэластическое мало влияет на механические свойства материала. Существенные изменения свойств кристаллических полимеров наблюдаются в области температуры плавления. При температуре плавления кристаллическая фаза полимера исчезает, деформируемость образца резко возрастает. Если степень полимеризации полимера сравнительно невысока, так что его Гт оказывается ниже Тпл, то при плавлении он сразу переходит в вязкотекучее состояние (см. рис. V. 6, кривая 2). При достаточно высоких степенях полимеризации Тт может оказаться выше Гпл. Тогда между Тпл и Тт на термомеханической кривой появляется плато вы-сокоэластичности (см. рис. V. 6, кривая /). [c.142]

Упругость валентных связей определяет механические свойства полимера при испытании вдоль осей молекул. Свойства же образца в направлении, перпендикулярном направлению ориентации, определяются межмолекулярными ван-дер-ваальсовыми силами, которые на несколько порядков меньше, чем силы главных валентностей. Силовые постоянные нерастянутых аморфных и частично кристаллических полимеров в стеклообразном состоянии всегда составляют величины порядка 10 ° дин/см . [c.299]

Свойства высокомолекулярных соединений определяются также агрегатным состоянием полимера. В. А. Каргин и Т. И. Соголо-ва , на основе температурной зависимости механических свойств, предложили различать стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее состояния аморфных линейных полимеров. Переход из одного агрегатного состояния полимера в другое характеризуется непрерывным изменением свойств , в то время как переход полимера в кристаллическое состояние сопровождается скачкообразным изменением свойств. Специфические изменения свойств полимера проявляются и при образовании поперечных связей между макромолекулами и возникновении трехмерной структуры. Эти изменения оказывают существенное влияние на газопроницаемость полимеров, в связи с чем при характеристике газопрони- [c.186]

Сгруктура и физические свойства блочных полимеров конфигураиля полимерной цепи-процесс кристаллизации - ориентащ1я и вытяжка -реология и механические свойства полимеров — вязкотекучее состояние — кинетическая теория высокоэластичности — высокоэластичность полимеров — стеклообразное состояние и стеклование полимеров — механические свойства кристаллических полимеров. [c.379]

Вообще же сходство кристаллического и жидкого состояния [39], характерное и для простых веществ, в полимерах усиливается. Это можно приписать эффекту полимерности, который в данном случае сводится к повышенной степени связанности образующих систему структонов из-за предшествовавшей одномерной или трехмерной полимеризации. Соответственно, переохлажденные полимерные жидкости — линейные полимеры в стеклообразном состоянии, по своим механическим свойствам похожи на кристалло-аморфные полимеры. В равной мере, [c.331]

Изучение поверхностной энергии полимеров оказывается задачей еще более сложной, чем изучение поверхностной энергии металлов и других неорганических материалов. Своеобразие и специфика свойств полимеров исключают применение многих рассмотренных выше методов для измерения их поверхностной энергии. Это относится прежде всего к механическим методам, методам, основанным на изучении кинетических явлений в кристаллических объектах, и к расчетным. Но количественная оценка поверхностной энергии полимерных субстратов представляет еще больший практический интерес, чем изучение этой характеристики применительно к неорганическим субстратам. Дело в том, что при сочетании полимерных адгезивов с полимерными субстратами соотношения поверхностных энергий оказываются подчас весьма близкими, и при формировании адгезионного контакта наряду с кинетическими факторами особую роль начинают играть термодинамические факторы. Практические вопросы адгезионной прочности могут быть решены только с учетом соотношений поверхностных энергий адгезива и субстрата. Поэтому ведутся интенсивные поиски методов количественной характеристики поверх-/ ностной энергии полимеров. Неоднократно предпринимались попытки определения у путем экстраполяции к комнатной температуре температурной зависимости поверхностной энергии расплава (рис. II.2). Правомерность экстраполяции даже для аморфных полимб ров может быть подвергнута сомнению [95—97]. Дело в том, что переход полимера из расплава в стеклообразное состояние связан с изменением энтропии, а проводя экстраполяцию температурной зависимости поверхностного натяжения расплава, исходят из предположения, что полимер в твердом состоянии [c.60]

Широкое использование полимерных материалов в технике в значительной степени обусловлено их ценньши механическими свойствами, изучение которых является предметом одного из разделов физики — механики полимеров. В данной книге приводятся лишь основные физико-химические закономерности, позволяющие понять особенности поведения. полимеров в различных физических и фазовых состояниях. Деформация полимеров в высокоэластическом и вязкотекучем состоянии была рассмотрена в главах VII и IX. Данная глава лосвящена шоведению стеклообразных и кристаллических полимеров при деформации. [c.218]

ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ ПОЛИМЕРОВ — способность полимеров сохранять при повышенных темп-рах твердость, необходимую для эксплуатации изготовленных из них изделий. У стеклообразных полимеров теплостойкость определяется темп-рой стекловання (см. Стеклование полимеров, Механические свойства поли.меров) и зависит от величины и скорости приложения механич. воздействий. Увеличенпе длительности воздействия и величины напряжения вызывает снижение теплостойкости. При переменных напряжениях теплостойкость повышается с увеличением частоты воздействий. У кристаллич. полимеров теплостойкость определяется темн-рой, нри к-рой еще сохраняется его кристаллич. состояние (см. Структуры над.чолекулярные полимеров. Кристаллическое состояние полимеров), и зависит от глубины и условий кристаллизации. Теплостойкость любых твердых полимеров снижается нри пластификации и несколько увеличивается при введении наполнителей. [c.38]

Значительное влияние па механические свойства аморфных и крийталлических полимеров оказывает взаимная ориентация цепей. Легче всего ориентация осуществляется в вязкотекучем состоянии, но и при растяжении полимеров в высокоэластическом, кристаллическом и стеклообразном состояниях тоже происходит ориентация макромолекул и надмолекулярных структур. В ориентированных полимерах возрастает межмолекулярное взаимодействие, одновременно полимерные цепи располагаются в одном направлении, поэтому и увеличивается прочность в направлении ориентации. Ориентация при растяжении в одном направлении увеличивает прочность в направлении растяжения и уменьшает величину прочности в перпендикулярном направлении относительное удлинение уменьшается в направлении ориентации и становится меньше относительного удлинения в перпендикулярном направлении, следовательно, ориентированные полимеры анизотропны . [c.65]

Релаксационные явления в полимерных пленках. Процессы, имеющие место при механическом воздействии на полимерные материалы, протекают не мгновенно, а во времени. Скорость установления статистического равновесия (релаксации) связана с вероятностью перехода системы из одного состояния в другое. Наиболее легко релаксационные процессы протекают у полимеров в вязкотекучем и высокоэластнческом состояниях (время релаксации 10 —10" с). Но релаксация напряжений на уровне звеньев, молекул и надмолекулярных образований медленно может протекать и в стеклообразном, и кристаллическом состоянии полимеров. Если растянуть пленку (рис. 4.1) на величину Бц (приложить напряжение Оо), а потом снять нагрузку, то пленка начнет медленно сокращаться, стремясь перейти в равновесное состояние е . Это проявление упругих свойств называется упругим последствием. Таким же образом в растянутом образце [c.67]

Из приведенных данных следует, что коэффициенты диффузии газов в полимерах имеют значения порядка 10 — 10 см 1сек, а общее значение коэффициентов проницаемости изменяется в широких пределах в зависимости от природы полимера. Внимательное изучение данных табл. 33 показывает, что газопроницаемость определяется теми же структурными особенностями полимеров, которые определяют механические, электрические и другие их свойства, — это гибкость цепи, фазовое и физическое состояние полимеров, плотность упаковки цепей. Из табл. 33 видно, что наибольщей проницаемостью обладают аморфные полимеры с очень гибкими цепями, находящиеся в высокоэластическом состоянии. Кристаллические полимеры (гуттаперча, полиэтилен) обладают значительно меньщей газопроницаемостью. Очень малой газопроницаемостью обладают высокомолекулярные стеклообразные полимеры, имеющие жесткие цепи. По мере уменьщения гибкости цепи газопроницаемость закономерно уменьщается. [c.496]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология