聚合物由于分子特別大且分子間引力也較大,容易聚集為液態(tài)或固態(tài),而不形成氣態(tài)。固體聚合物的結(jié)構(gòu)按照分子排列的幾何特征,可分為結(jié)晶型和無定形兩種。結(jié)晶型聚合物由晶區(qū)和非晶區(qū)所組成。晶區(qū)所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱為結(jié)晶度。例如低壓聚乙烯在室溫時的結(jié)晶度為85%-90%。
如果聚合物的分子結(jié)構(gòu)簡單,主鏈上帶有的側(cè)基體積小、對稱性高,分子間作用力大,則有利于結(jié)晶,反之,則對結(jié)晶不利或不能形成結(jié)晶區(qū)。結(jié)晶只發(fā)生在線型聚合物和含交聯(lián)不多的體型聚合物中。結(jié)晶對聚合物的性能有較大影響。由于結(jié)晶造成了分子緊密聚集狀態(tài),增強(qiáng)了分子間的作用力,所以使聚合物的強(qiáng)度、硬度、剛度及熔點、耐熱性和耐化學(xué)性等性能有所提高,但與鏈運動有關(guān)的性能如彈性、伸長率和沖擊強(qiáng)度等則有所降低。
對于無定形聚合物的結(jié)構(gòu),過去一直認(rèn)為其分子排列是雜亂無章的、相互穿插交纏的,但在電子顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)無定形聚合物的質(zhì)點排列不是完全無序的,而是大距離范圍內(nèi)無序,小距離范圍內(nèi)有序,即遠(yuǎn)程無序,進(jìn)程有序。體型聚合物由于分子鏈間存在大量交聯(lián),分子鏈難以作有序排列,所以絕大部分是無定形聚合物。
聚合物的分子結(jié)構(gòu)不同,其性質(zhì)也不同。線型聚合物的物理特征是具有彈性和塑料,在適當(dāng)?shù)娜軇┲锌梢匀芙?,?dāng)塑料加工溫度升高時則軟化至熔化狀態(tài)而流動,且這種特性在聚合物成型前、成型后都存在,因而可以反復(fù)成型,這樣的聚合物具有熱塑性。體型聚合物的物理特性是脆性大、彈性較高和塑性很低,成型前是可溶和可熔的,而一經(jīng)硬化成型后,就成為不溶不熔的固體,即使在再高的溫度下也不會軟化,這樣的聚合物稱為熱固性聚合物。
聚合物在不同溫度下所表現(xiàn)出來的分子熱運動特征稱為聚合物的物理狀態(tài)。聚合物的物理狀態(tài)分為玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)三種,物理狀態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)。另外,溫度變化時,聚合物的受力行為也發(fā)生變化,呈現(xiàn)出不同的力學(xué)狀態(tài),表現(xiàn)出分階段的力學(xué)性能特點。當(dāng)分子的熱運動激化時,內(nèi)部自由空間和系統(tǒng)動能大量增加,材料的彈性模量降低到最低值。
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