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结晶高聚物的转变和松弛

[拼音]:jiejing gaojuwu de zhuanbian he songchi

[外文]:transitions and relaxations in crystalline polymers

所有结晶高聚物实际上都不是完全结晶的,它包括结晶相和非晶相两部分。结晶相在高聚物中所占的体积比或重量比通称结晶度。高分子长链具有柔曲性,能在结晶相与非晶相两相之间穿越,使得两相间缺乏明确的界面,即使在球晶内部的片晶叠层之间,也有着排列得不规整的非晶部分。

结晶相和非晶相各贡献其主转变,结晶以熔融温度Tm为标志,非晶以玻璃化温度Tg为标志,彼此之间互有影响并发生一定的关系。图1

中分五个区域,结晶相中和非晶相中的转变和松弛交错在一起。

熔融主转变(第V区)是在升温到某一特定温度 Tm时,结晶态转变为熔融态并在平衡情况下进行的相变,这在热力学上属一级相变,是整个高分子链在运动。该特定温度称为熔融温度,它不像低分子化合物的熔点那样敏锐,而呈现一小段熔程,这与结晶的完整程度、晶粒大小和结晶条件有关。

影响熔融温度的结构因素与影响玻璃化温度的相似,高分子链间力愈大或链本身愈僵硬,Tm值便愈高,Tm和Tg都是主链的运动,Tm为整链的运动而Tg为长链段的运动。高聚物中高分子的链尾,共聚物中的共聚单元,具有稀释效应,使Tm降低,一般,交联使结晶的规整度受到破坏,能使Tm降低。

在熔融转变之前发生的αc松弛(图1第 Ⅳ区)是在晶相中发生的,与预熔有关。这种松弛在单晶中比之在半晶高聚物中明显得多,这是由分子内旋引起的链运动,随着温度的升高最终导致晶格破坏,晶体解体,成为熔体。这一转变温度用 Tac表示。图2

为从Tg起加热经Tac到Tm的分子运动示意图。

非晶相中显示固有的玻璃化转变或α松弛(图1的第Ⅲ区),但内耗峰的峰高和面积都比完全非晶态的低。

结晶程度较高时,能使Tg双重化,其高值与低值分别用Tg(U)和Tg(L)来表示,Tg(U)与Tg(L)的比值在1.1到1.3之间。Tg(U)可能是在受到结晶束缚的非晶区中发生,故较高;而Tg(L)大概是在少受或不受结晶束缚的非晶区中发生,故较低;当无结晶即处于非晶态时,Tg(L)即与通常的Tg相等。大多数高聚物的Tg/Tm=2/3。

在温度T<Tg(图1第Ⅱ区)和T《Tg(图1第Ⅰ区)区域显现复杂的内耗谱,有的属于非晶态内玻璃态中固有的β、γ、δ、ε等松弛,其分子运动来源见非晶高聚物的转变和松弛;另外还有结晶缺陷中的短链段在低温时的运动。

此外,最近在有些半晶高聚物中于T>Tm温区处发现了一个新的转变,其温度用Tu表示,与Tm有一定关系。聚乙烯等半晶高聚物的 Tu=1.2Tm。这一转变可能与持久结构,如难熔的晶元或近晶型、介晶型结构的受热破坏有关。

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