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高分子化合物的物理状态


实验室k / 2018-07-23

晶态和非晶态
    固态高分子化合物按其分子链在空间的堆砌情况不同,可分为晶态和非晶态。晶态高聚物中分子链作有规则的排列。非晶态高聚物中,分子链的排列是无规则的。同一高聚物可以兼具晶态和非晶态两种结构。例如,合成纤维型分子的排列,一部分是结晶区,另一部分是非结晶区,分子链可以贯穿好几个结晶区和非结晶区(图6-6)。通常以结晶度(晶区部分所占的质量或体积分数)作为结晶部分含量的量度。

    高聚物的结晶度随其种类、结晶条件不同而变化。结晶度的大小是影响高分子材料的机械强度、密度、耐热、耐溶性等性能的重要因素。通常随着结晶度增加,高分子化合物的熔点、强度、硬度、密度和尺寸稳定性提高,而伸长率、吸湿性性、韧性、溶胀度和染料吸附能力下降。

三种力学状态
    高聚物从固态变为液态时,一般没有有确定的熔点。对于链型非晶态高聚物而言,随着温度的变化,在从固态逐步软化变为液态的过程中,出现三种不同的力学状态,即玻璃态、高弹态和黏流态。它们是分子处于不同运动状态的宏观表现。图6-7是这种变化的示意图。
    玻璃态:当温度较低时,高分子化合物不仅整个分子链不能运动,而且链段(以分子链某一长度所形成的运动单元,一般由几个至50个原子连接而成)也处于被“冻结”的状态,分子的状态和分子的相对位置都被固定下来,但分子的排列仍然是紊乱无序的。此日时分子只能在它自己的位置上振动。当加外力时,形变很小,链段只作瞬时的微小伸缩和键角改变。当外力去除时,形变能立即回复。此时的高分子化合物像玻璃一样坚硬,因而称为玻璃态。常温下的塑料就是处于这种状态
    高弹态:随着温度的升高,分子热运动能量增加。当达到某一温度时,虽然整个分子链还不能运动,但链段可以自由转动了。此时在外力作用下可以产生很大的可逆形变。当外力去除后,它又恢复到原来的形状,表现出很高的弹性,因而称之为高弹态。常温下的橡胶就是处于这种状态。
    黏流态:当温度上升到适当范围时,分子的动能增加,不仅链段能够运动,而且整个分子链都能运动,高分子化合物就成为流动的黏稠液体。此时整个分子与分子之间能发生相对移动。高分子化合物所处的这种状态称为黏流态。黏流态产生的流动形变量不可逆,当外力解除后,形变不能恢复。

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