Պոլիմերները կարող են գոյություն ունենալ չորս ֆիզիկական վիճակում՝ երեք ամորֆ և մեկ բյուրեղային:
Պոլիմերի յուրաքանչյուր ջերմաստիճանի միջակայքը համապատասխանում է իր ֆիզիկական վիճակին, որը որոշվում է տվյալ կոնկրետ ջերմաստիճանում ատոմների, ատոմների խմբերի, մակրոմոլեկուլների հատվածների և վերմոլեկուլային կառուցվածքների շարժունակության առանձնահատկություններով։
Պոլիմերում մի ֆիզիկական վիճակից մյուսին անցումը տեղի է ունենում ժամանակի ընթացքում: Նյութի ժամանակի ընթացքում մի հավասարակշռված վիճակից մյուսին անցնելու երեւույթը կոչվում է թուլացում. Հանգստացման գործընթացների արագությունը բնութագրվում է հանգստի ժամանակ.
Պոլիմերների համար հանգստի ժամանակը կարող է շատ երկար լինել, և դա զգալիորեն ազդում է նրանց վարքագծի վրա:
Ամորֆ պոլիմերներկարող է լինել երեք հանգստի (ֆիզիկական) վիճակներում.
- ապակեպատ,
- բարձր առաձգականություն,
- մածուցիկ հոսք:
Բյուրեղային պոլիմերներերբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, նրանք նույնպես փոխակերպվում են այլ ֆիզիկական վիճակի. սկզբում վերածվում է բարձր առաձգականության, իսկ հետո՝ մածուցիկ հեղուկի:
Ապակեպատ պոլիմերը և բարձր առաձգական պոլիմերը գտնվում են ագրեգացման պինդ վիճակում, մինչդեռ մածուցիկ պոլիմերն արդեն ագրեգացման հեղուկ վիճակում է (պոլիմերային հալվածություն): Բարձր առաձգական վիճակ - հատուկ պայման, որը գոյություն ունի միայն պոլիմերներում։
Ամորֆ պոլիմերներում անցումները մի ֆիզիկական վիճակից մյուսը ոչ փուլային են, բյուրեղային վիճակից բարձր առաձգական վիճակի անցումը փուլային անցում է:
Պոլիմերի անցումները մի ֆիզիկական վիճակից մյուսը տեղի են ունենում որոշակի ջերմաստիճանի միջակայքում: Այս միջակայքերի միջին ջերմաստիճանները կոչվում են անցումային ջերմաստիճան. Ապակու վիճակից բարձր առաձգական վիճակի և հակառակը անցնելու ջերմաստիճանը կոչվում է ապակու անցման ջերմաստիճան ( ՏՀԵՏ): Տ C = Տ P, որտեղ Տ P - փափկացման ջերմաստիճան:
Բարձր առաձգական վիճակից դեպի մածուցիկ հոսքի վիճակի և հետադարձի անցման ջերմաստիճանը կոչվում է հեղուկության ջերմաստիճան Տ T. ինտերվալ ՏՀԵՏ - Տ T-ն համապատասխանում է բարձր առաձգական վիճակի։ Բյուրեղային վիճակից ամորֆ վիճակի (բարձր առաձգական վիճակի կամ ուղղակիորեն մածուցիկ հեղուկ վիճակի) փուլային անցման ջերմաստիճանը կոչվում է հալման կետ։ Տ PL. Ամորֆից բյուրեղային վիճակի փուլային անցման ջերմաստիճանը կոչվում է բյուրեղացման ջերմաստիճան ՏԿՐ. Պոլիմերների համար Տ PL > ՏԿՐ.
Պոլիմերների յուրաքանչյուր ֆիզիկական վիճակ բեռի տակ ունի իր վարքագիծը, այսինքն. դիտել դեֆորմացիա.
Համակեցության սահմաններ ֆիզիկական պայմաններպոլիմերները կարող են տեղադրվել ջերմամեխանիկական մեթոդով: Օգտագործելով այս մեթոդը, անցումային ջերմաստիճանը որոշվում է ջերմամեխանիկական կորից (TM կոր):
Պոլիմերի հատկությունները կախված են ոչ միայն պոլիմերի քիմիական կազմից և մակրոմոլեկուլի ձևից, այլև դրանցից. հարաբերական դիրք. Տարբեր պոլիմերների մակրոմոլեկուլները տարբեր են քիմիական բաղադրությունը, երկարությունը, ձևը և ճկունության աստիճանը։ Մակրոմոլեկուլային շղթաների ճկունության վրա էականորեն ազդում են միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը։ Այս ուժերը որոշակիորեն սահմանափակում են առանձին շղթայական օղակների շարժման ազատությունը։
Շղթայի պտույտի բնույթը որոշվում է մակրոմոլեկուլի կինետիկ էներգիայով, և ինչպես պտտման բնույթը, այնպես էլ շղթայի ձևը փոխելու համար անհրաժեշտ է նրան որոշակի քանակությամբ էներգիա հաղորդել (օրինակ. ջերմային), որը կոչվում է մակրոմոլեկուլի էներգետիկ արգելք։ Կախված միմյանց նկատմամբ մակրոմոլեկուլի տարածական դասավորությունից, փոփոխվում են դրանց ճկունության աստիճանը և պոլիմերի առաձգականությունը, որն իր հերթին որոշում է նյութի դեֆորմացիայի բնույթը մեխանիկական ազդեցության տակ։
Ելնելով մակրոմոլեկուլների դասավորության կարգի աստիճանից՝ առանձնանում են պոլիմերների երկու տեսակի ֆազային վիճակներ՝ ամորֆ և բյուրեղային։ Ամորֆփուլը բնութագրվում է IMC-ում մակրոմոլեկուլի քաոսային դասավորությամբ՝ կառուցվածքի որոշակի դասավորությամբ, որը դիտարկվում է մակրոմոլեկուլի չափին համարժեք համեմատաբար փոքր հեռավորությունների վրա: Բյուրեղայինփուլը բնութագրվում է պոլիմերում մակրոմոլեկուլների կարգավորված դասավորությամբ, և կարգուկանոն պահպանվում է մակրոմոլեկուլի չափը հարյուրավոր և հազարավոր անգամ գերազանցող հեռավորությունների վրա (նկ. 1):
Բյուրեղային գոտի
Ամորֆ գոտի
Բրինձ. 1. Պոլիմերային գնդիկի սխեմատիկ պատկերը
Ամորֆ և բյուրեղային պոլիմերները զգալիորեն տարբերվում են իրենց հատկություններով:
Գծային կամ ճյուղավորված մակրոմոլեկուլային կառուցվածքով ամորֆ պոլիմերները կարող են գոյություն ունենալ երեք ֆիզիկական վիճակում.
1. ապակեպատ. Այս վիճակը բնութագրվում է մոլեկուլների միջև ամենաուժեղ կապող ուժերով և, որպես հետևանք, մակրոմոլեկուլի նվազագույն ճկունությամբ: Որքան ցածր է պոլիմերի ջերմաստիճանը ապակե վիճակում, այնքան ավելի քիչ միավորներ ունեն շարժունակություն, և որոշակի ջերմաստիճանում, որը կոչվում է փխրուն ջերմաստիճան, ապակե պոլիմերները փլուզվում են առանց դեֆորմացիայի (կամ փոքր դեֆորմացիայի), ինչպես ցածր մոլեկուլային ակնոցները:
2. Բարձր առաձգականությունպետությունը բնութագրվում է մակրոմոլեկուլների միջև ավելի քիչ ուժեղ կապող ուժերով, նրանց ավելի մեծ ճկունությամբ և, որպես հետևանք, երկար շղթայական մոլեկուլների՝ իրենց ձևը շարունակաբար փոխելու ունակությամբ: Բարձր առաձգական վիճակում փոքր լարումները առաջացնում են մոլեկուլի ձևերի արագ փոփոխություն և դրանց կողմնորոշումը ուժի ուղղությամբ: Բեռը հեռացնելուց հետո մակրոմոլեկուլները ջերմային շարժումների ազդեցությամբ ընդունում են ամենաէներգետիկորեն նպաստավոր ձևերը, ինչի արդյունքում վերականգնվում են պոլիմերի սկզբնական չափերը (շրջելի դեֆորմացիա)։ Այս դեպքում փոխվում է շղթաների միայն առանձին օղակների և հատվածների դիրքը, և մակրոմոլեկուլներն իրենք չեն կատարում փոխադրական շարժում միմյանց նկատմամբ։ Պոլիմերները, որոնց ամորֆ փուլը գտնվում է բարձր առաձգական վիճակում ջերմաստիճանի լայն տիրույթում կոչվում են էլաստոմերներկամ ռետիններ(օրինակ՝ բնական կաուչուկի բարձր առաձգական վիճակի ջերմաստիճանի տիրույթը –73-ից +180 °C է, սիլիցիումի օրգանական կաուչուկը՝ –100-ից +250 °C):
3. Մածուցիկպետությունը բնութագրվում է մակրոմոլեկուլների միջև կապող ուժերի անհետացումով, ինչի արդյունքում նրանք չեն կարողանում շարժվել միմյանց նկատմամբ: Դա կարող է առաջանալ, երբ պոլիմերը տաքացվում է մինչև որոշակի ջերմաստիճան, որից հետո բարձր առաձգական (կամ ապակյա) վիճակը փոխարինվում է մածուցիկ հոսքի վիճակով: Բարձր առաձգական վիճակը ներարգանդային պարույրի բնորոշ հատկանիշն է:
Բյուրեղային պոլիմերներն առանձնանում են նրանով, որ դրանք բյուրեղային փուլի հետ մեկտեղ պարունակում են ամորֆ փուլ։ Մոլեկուլների շատ մեծ երկարության և պոլիմերի շղթաների առանձին հատվածներում միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերի թուլացման հավանականության պատճառով, որպես կանոն, շարունակական բյուրեղային փուլ չի կարող ձևավորվել: Շղթաների պատվիրված հատվածների հետ մեկտեղ հայտնվում են պատահականորեն տեղակայված օղակներով հատվածներ, ինչը հանգեցնում է բյուրեղային պոլիմերում ամորֆ փուլի ձևավորմանը։ Հիմնական պայմանը, որը որոշում է պոլիմերների բյուրեղացման հնարավորությունը, մակրոմոլեկուլների գծային և կանոնավոր կառուցվածքն է, ինչպես նաև բյուրեղացման ջերմաստիճանում միավորների բավականաչափ բարձր շարժունակությունը։ Եթե փոխարինող ատոմները փոքր են, ապա պոլիմերները կարող են բյուրեղանալ, նույնիսկ եթե դրանք պատահականորեն դասավորված են, օրինակ՝ ֆտորի ատոմները պոլիվինիլ ֆտորիդում։
(−CH 2 −CH−) n
Խմբերի կողային, փոխարինող ջրածնի ատոմների առկայության դեպքում (C 6 H 5 ~, CH 3 ~ և այլն), բյուրեղացումը հնարավոր է միայն այն դեպքում, եթե մակրոմոլեկուլները ունեն ծալված ձև, դրանց կողմնորոշումը միմյանց նկատմամբ դժվար է, և բյուրեղացման գործընթացները պահանջում են. մոլեկուլների խիտ փաթեթավորում, մի արտահոսք. պոլիմերը գտնվում է ամորֆ վիճակում:
Բյուրեղային փուլի ձևավորման համար անհրաժեշտ է, որ մակրոմոլեկուլները ունենան համեմատաբար ուղղված ձև և ունենան բավարար ճկունություն, այս դեպքում տեղի է ունենում մակրոմոլեկուլների կողմնորոշումը և ձեռք է բերվում դրանց խիտ փաթեթավորում: Պոլիմերները, որոնց մակրոմոլեկուլները զուրկ են ճկունությունից, չեն կազմում բյուրեղային փուլ։
Բյուրեղացման գործընթացները զարգանում են միայն այն պոլիմերներում, որոնք գտնվում են բարձր առաձգական և մածուցիկ հոսքի վիճակում: Գոյություն ունեն պոլիմերային բյուրեղային կառուցվածքների հետևյալ տեսակները.
Շերտավոր,
Ֆիբրիլային,
Սֆերուլիտ.
Շերտավորբյուրեղային կառուցվածքները հարթ բարակ թիթեղների բազմաշերտ համակարգ են, որոնցում մակրոմոլեկուլները բազմիցս ծալված են: Մանրաթելերմակրոմոլեկուլների ուղղած շղթաներից բաղկացած, ունեն ժապավենի կամ թելի ձև . Սֆերուլիտներ- ավելի բարդ բյուրեղային կառուցվածքներ, որոնք կառուցված են ֆիբրիլային կամ շերտավոր կառուցվածքներից, որոնք ճառագայթային աճում են նույն արագությամբ մեկ կենտրոնից: Այս աճի արդյունքում բյուրեղը ստանում է գնդիկի ձև, որի չափերը տատանվում են միկրոնի տասներորդից մինչև մի քանի միլիմետր (երբեմն մինչև մի քանի սանտիմետր):
Բյուրեղային պոլիմերները ներառում են պոլիէթիլեն ( ցածր ճնշում), պոլիտետրաֆտորէթիլեն, ստերեօրգուլյար պոլիպրոպիլեն և պոլիստիրոլ, մի շարք պոլիեսթերներ։
Բյուրեղային պոլիմերներն ավելի մեծ ուժ ունեն, քան ամորֆները։ Բյուրեղացումը կոշտություն է հաղորդում պոլիմերին, սակայն ամորֆ փուլի առկայության պատճառով, որը գտնվում է բարձր առաձգական վիճակում, բյուրեղային պոլիմերները առաձգական են։
Որոշակի ջերմաստիճանում տաքացնելիս բյուրեղային պոլիմերները ուղղակիորեն վերածվում են ամորֆ պոլիմերների մածուցիկ հոսքի վիճակի։
Պոլիմերների փուլային վիճակների դիտարկված օրինաչափությունները վերաբերում են մակրոմոլեկուլների գծային կամ ճյուղավորված կառուցվածք ունեցող պոլիմերներին:
Տարածական կառուցվածք ունեցող IMC-ներում ֆազային վիճակները որոշվում են խաչաձեւ կապի հաճախականությամբ (մակրոմոլեկուլների միջեւ վալենտային կապերի քանակով):
Խիստ փոխկապակցված (եռաչափ) պոլիմերներով պոլիմերները կոշտ են և բոլոր պայմաններում կազմում են ամորֆ փուլ, որը գտնվում է ապակյա վիճակում։ Հազվագյուտ խաչաձեւ կապերով (ցանց) պարույրները կազմում են ամորֆ փուլ, որը հիմնականում գտնվում է բարձր առաձգական վիճակում։
Ֆիզիկական և փուլային վիճակները, որոնցում գտնվում են նյութերը շահագործման ընթացքում կենսական նշանակությունիրենց բնութագրերի համար:
Պոլիմերների ֆիզիկական վիճակները
Նյութի ֆիզիկական վիճակը որոշվում է ատոմների և մոլեկուլների փաթեթավորման խտությամբ, որից կախված է նրանց ջերմային շարժման բնույթը։
Նյութի վիճակները տարբերվում են ունենալու և պահելու ունակությամբ մշտական ջերմաստիճանտրված ձևը և ծավալը. Հայտնի են ցածր մոլեկուլային քաշ ունեցող նյութերի պինդ, հեղուկ և գազային վիճակները։ Նյութերի անցումները մի վիճակից մյուսը ուղեկցվում են շատերի փոփոխություններով ֆիզիկական հատկություններ, որը բացատրվում է դրանց մոլեկուլների ջերմային շարժման և փոխազդեցության բնույթի և մակարդակի փոփոխությամբ։
IN դժվարիր վիճակում նյութն ունակ է ունենալ մշտական ծավալ և պահպանել իր տրված ձևը. Վ հեղուկԱյս վիճակում նյութը նույնպես ունի մշտական ծավալ, բայց ի վիճակի չէ պահպանել իր ձևը, քանի որ այն կորցնում է նույնիսկ գրավիտացիայի ազդեցության տակ։ Վերջապես, ներս գազայինվիճակ, նյութը ի վիճակի չէ ունենալ ոչ հաստատուն ծավալ, ոչ հաստատուն ձև:
Պոլիմերները կարող են գոյություն ունենալ միայն խտացված վիճակում՝ պինդ և հեղուկ:
Պոլիմերի ֆիզիկական վիճակի տեսակը կախված է միջմոլեկուլային փոխազդեցության և ջերմային շարժման էներգիաների հարաբերակցությունից։ Այն դեպքերում, երբ միջմոլեկուլային փոխազդեցության էներգիան շատ ավելի մեծ է, քան մակրոմոլեկուլների ջերմային շարժման էներգիան, պոլիմերը գտնվում է պինդ վիճակում։ Հեղուկ վիճակն իրականացվում է, երբ երկու էներգիաներն էլ մեծությամբ համեմատելի են: Այս դեպքում մակրոմոլեկուլների ջերմային շարժումն ի վիճակի է հաղթահարել միջմոլեկուլային փոխազդեցությունը, իսկ պոլիմերը ցուցադրում է հեղուկի հատկություններ։
Գազային վիճակում պոլիմերների գոյության անհնարինությունը բացատրվում է նրանով, որ միջմոլեկուլային փոխազդեցության ընդհանուր էներգիան, մակրոմոլեկուլների մեծ երկարության պատճառով, միշտ ավելի բարձր է, քան դրանցում ամենաուժեղ քիմիական կապի էներգիան։ Սրանից բխում է, որ մինչ միջմոլեկուլային փոխազդեցությունն այնքան թուլանա, որ պոլիմերը կանցնի գազային վիճակի, մակրոմոլեկուլի ներսում քիմիական կապերը կոտրվում են և այն քայքայվում։
Պոլիմերների և այլ նյութերի միջև մեկ այլ հիմնարար տարբերությունը նրանց երկուսով գոյություն ունենալու ունակությունն է պինդ վիճակներ՝ ապակյա և բարձր առաձգական: Բարձր առաձգական վիճակ գոյություն ունի միայն պոլիմերներում, այն անհայտ է այլ նյութերի համար:
Այսպիսով, պոլիմերները կարող են գոյություն ունենալ երեք ֆիզիկական վիճակում. ապակեպատ, բարձր առաձգականԵվ մածուցիկ.Անցումներ մի վիճակից մյուսը տեղի են ունենում որոշակի ջերմաստիճանի միջակայքում (նկ. 2.1): Հարմարության համար օգտագործվում է ֆիքսված ջերմաստիճան, որը հաշվարկվում է փորձարարական տվյալների հիման վրա։
Բրինձ. 2.1. Գծային ամորֆ պոլիմերի բնորոշ ջերմամեխանիկական կորը. Տ ս- ապակու անցման ջերմաստիճանը; Տ տ- հոսքի ջերմաստիճան; I, Nor III -երեք ֆիզիկական վիճակների ջերմաստիճանային շրջաններ (համապատասխանաբար ապակյա, բարձր առաձգական և մածուցիկ)
Ցուցադրված է Նկ. 2.1 կորը կոչվում է ջերմամեխանիկական: Դրա վրա կան երեք շրջաններ, որոնցում պոլիմերի վիճակն ու վարքագիծը տարբեր են՝ շրջանը / համապատասխանում է ապակե վիճակին, II -բարձր առաձգական և III -պոլիմերի մածուցիկ հոսքի վիճակը. Այս վիճակներից յուրաքանչյուրում պոլիմերն ունի իրեն բնորոշ հատկություններ։ Անցումը ապակուց դեպի բարձր առաձգական վիճակ տեղի է ունենում ապակու անցման ջերմաստիճանում Տ ս,և բարձր առաձգական վիճակից անցում դեպի մածուցիկ հոսքի վիճակ՝ հոսքի ջերմաստիճանում Տ տ.Ապակու անցումը և հոսքի ջերմաստիճաններն են ամենակարեւոր հատկանիշներըպոլիմերներ, այս ջերմաստիճաններում առաջանում են դրամատիկ փոփոխություններնրանց ֆիզիկական հատկությունների մեծ մասը: Իմանալով այս ջերմաստիճանները՝ հեշտ է հաստատել ջերմաստիճանի պայմաններըպոլիմերային նյութերի մշակում և շահագործում. Դրանք նպատակաուղղված փոխելով՝ հնարավոր է նվազեցնել մշակման ջերմաստիճանը կամ ընդլայնել ջերմաստիճանի այն միջակայքը, որում կարող են օգտագործվել տվյալ պոլիմերից պատրաստված արտադրանքը։
Պոլիմերների մեխանիկական, էլեկտրական, ջերմաֆիզիկական և այլ հատկությունների փոփոխությունները մի վիճակից մյուսը անցումային ջերմաստիճանում տեղի են ունենում սահուն, ինչը բացատրվում է մակրոմոլեկուլների հատվածների փոխազդեցության աստիճանական փոփոխությամբ՝ կապեր, հատվածներ, բլոկներ:
Սկսած Նկ. 2.1 երևում է, որ հոսքի ջերմաստիճանից բարձր պոլիմերի դեֆորմացիան շատ մեծ է, այսինքն՝ այն հոսում է հեղուկի պես։ Որպես կանոն, պոլիմերները մշակվում են մածուցիկ հոսքային վիճակում կամ դրան մոտ։
Պոլիմերների հոսքը, ինչպես մյուս գործընթացները, ունի իր սեփականը բնորոշ հատկանիշներ, այս նյութերը տարբերելով այլ նյութերից։ Ի տարբերություն ցածր մոլեկուլային բարձր մածուցիկության հեղուկների, որոնց մածուցիկությունը չի փոխվում հոսքի ընթացքում, պոլիմերների մածուցիկությունը մեծանում է հոսքի ընթացքում, ինչը կապված է շղթայի մակրոմոլեկուլների որոշակի ուղղման հետ, որը տեղի է ունենում:
Այս երեւույթը լայնորեն կիրառվում է պոլիմերների մշակման մեջ։ Այսպիսով, մանրաթելերի ձևավորման և պոլիմերներից թաղանթների արտադրության գործընթացները իզոթերմային պայմաններում հիմնված են պոլիմերի մածուցիկության բարձրացման վրա՝ մատրիցով հոսելու ընթացքում:
Մածուցիկ հոսքի վիճակը հետևանք է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մակրոմոլեկուլների ջերմային շարժման ուժեղացման։ Արդյունքում, որոշակի ջերմաստիճանում հնարավոր է դառնում, որ նրանք շարժվեն միմյանց համեմատ։
Երբ պոլիմերի ջերմաստիճանը նվազում է հեղուկի ջերմաստիճանից ցածր, այն մածուցիկ հոսքից անցնում է բարձր առաձգական վիճակի: Բարձր առաձգական վիճակում պոլիմերների դեֆորմացման գործընթացը շրջելի է, և դեֆորմացիայի մեծությունը կախված չէ ջերմաստիճանից։ Պոլիմերային նյութերի այս հատկությունը լայնորեն կիրառվում է։ Պոլիմերային դեֆորմացիայի հետադարձելիության և ջերմաստիճանից դրա արժեքի անկախության օգտագործման առավել բնորոշ օրինակն է լայն կիրառությունռետիններ և ռետիններ. Հայտնի է նրանց մեծ, շրջելի դեֆորմացիաների ենթարկվելու ունակությունը։
Պոլիմերների՝ բարձր առաձգական վիճակում լինելու ունակությունը տարբերում է դրանք բոլոր մյուս նյութերից, որոնք ոչ մի դեպքում չեն կարող լինել այս վիճակում։
Գաղտնիք չէ, որ այլ նյութեր, օրինակ՝ պլաստիլին, նույնպես ունակ են մեծ դեֆորմացիաների։ Այնուամենայնիվ, նրանք բոլորն էլ անդառնալիորեն դեֆորմացվում են: Պլաստիլինի կտորից կարելի է ձող հանել, և այն կպահպանի իրեն տրված ձևը։
Բարձր առաձգական վիճակում գտնվող պոլիմերային նյութը նույնպես կարող է ձգվել, բայց բեռը հանելուց հետո այն կվերադառնա իր սկզբնական վիճակին, այսինքն՝ բարձր առաձգական վիճակում գտնվող պոլիմերը շրջելիորեն դեֆորմացվում է։ Այս դեպքում երկար շղթայական մակրոմոլեկուլները անցում են կատարում մի կոնֆորմացիոն վիճակից մյուսին՝ պայմանավորված իրենց առանձին հատվածների շարժով։
Բարձր առաձգական դեֆորմացիան մակրոմոլեկուլների ճկունության և դրանց առանձին մասերի շարժունակության հետևանք է։ Բեռը հեռացնելուց հետո պոլիմերի վերադարձը իր սկզբնական վիճակին տեղի է ունենում նկատելի ժամանակահատվածում, այսինքն՝ այն կարելի է դիտարկել և այդպիսով ուսումնասիրել։ հանգստի առանձնահատկություններըպոլիմերային.
Իրենց բարձր առաձգական վիճակում պոլիմերներն ունեն ևս մեկ առանձնահատկություն, որը տարբերում է բոլոր մյուս պինդ նյութերից։ Այս վիճակում, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, պոլիմերների առաձգական մոդուլը մեծանում է, իսկ մյուս նյութերի դեպքում՝ նվազում։ Բանն այն է, որ մակրոմոլեկուլների և դրանց կապերի ջերմային շարժման պատճառով բարձր առաձգական վիճակում նրանք պտտվում են, ինչը կանխում է պոլիմերի դեֆորմացիան։ Այս դիմադրությունն ավելի մեծ է լինում, որքան բարձր է ջերմաստիճանը, քանի որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մակրոմոլեկուլների ջերմային շարժումն ավելի ինտենսիվ է դառնում։
Բարձր առաձգական վիճակում պոլիմերների դեֆորմացիայի բնույթը կախված է դեֆորմացիայի արագությունից, այսինքն՝ բեռի կիրառման արագությունից: Քանի որ բարձր առաձգականության դրսևորումը ժամանակ է պահանջում միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերի հաղթահարման համար, ապա դեֆորմացիայի բարձր արագությամբ բարձր առաձգականությունը ժամանակ չունի դրսևորվելու, և նյութն իրեն պահում է ապակե մարմնի պես: Սա պետք է հաշվի առնել արտադրանքի արտադրության համար պոլիմերներ օգտագործելիս, որոնք պետք է պահպանեն առաձգականությունը աշխատանքային պայմաններում դինամիկ բեռների և ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում:
Երբ պոլիմերի ջերմաստիճանը նվազում է ապակու անցման ջերմաստիճանից ցածր, դրա վրա մեխանիկական ազդեցություն չկա, ինչպես երևում է Նկ. 2.1, լարվածության փոփոխություններ: Այս ջերմաստիճանում մակրոմոլեկուլներն ընդունակ չեն կոնֆորմացիոն փոփոխությունների, և պոլիմերը կորցնում է ոչ միայն մածուցիկ հոսքի, այլև բարձր առաձգական դեֆորմացիայի ունակությունը։ Սա նշանակում է, որ պոլիմերը ապակեպատ վիճակում է։
Պետք է նշել պոլիմերների և ցածր մոլեկուլային քաշի նյութերի ապակե անցման գործընթացների տարբերությունը։ Ցածր մոլեկուլային քաշի հեղուկի ապակե անցումը տեղի է ունենում, երբ ամբողջ մոլեկուլը կորցնում է իր շարժունակությունը: Որպեսզի պոլիմերը անցնի ապակե վիճակի, շարժունակության կորուստը նույնիսկ մակրոմոլեկուլի հատվածների կողմից բավարար է: Ցածր մոլեկուլային հեղուկների համար ապակու անցման և փխրունության ջերմաստիճանները գործնականում նույնն են, բայց պոլիմերների համար դրանք տարբեր են, ինչը բացատրվում է նրանով, որ մակրոմոլեկուլների մասերը պահպանում են իրենց շարժունակությունը ապակե վիճակում:
Հաճախ լինում են դեպքեր, երբ ապակե վիճակում գտնվող պոլիմերն ունակ է զգալի դեֆորմացիաների (երբեմն մինչև մի քանի հարյուր տոկոս): Սա, այսպես կոչված, հարկադիր բարձր առաձգական դեֆորմացիա է, այն կապված է ճկուն մակրոմոլեկուլների ձևի փոփոխության հետ, այլ ոչ թե միմյանց նկատմամբ նրանց շարժման հետ: Նման դեֆորմացիան, հարկադրված լինելով, անհետանում է, երբ պոլիմերը տաքացվում է, երբ ապակե անցումային ջերմաստիճանից բարձր ջերմաստիճանում մակրոմոլեկուլների շարժունակությունը մեծանում է և նրանք վերադառնում են իրենց սկզբնական կոնֆորմացիոն վիճակին։
Պետք է համեմատել պոլիմերային նյութերի հարկադիր առաձգականության և մետաղների սառը հոսքի միջև: Երկու գործընթացներն էլ տեղի են ունենում, երբ նյութերը գտնվում են ամուր վիճակում: Այնուամենայնիվ, պոլիմերային նմուշը, որը դրսևորում է հարկադիր բարձր առաձգականություն, տաքացնելիս վերականգնում է իր ձևն ու չափը: Սա հիմք է հանդիսանում ձևի հիշողությամբ «խելացի» պոլիմերների ստեղծման համար: Ի տարբերություն պոլիմերների, տաքացնելով մետաղները, որոնք քաշվել են սառը վիճակում, այսինքն՝ նրանք, որոնք սառը հոսք են դրսևորել, թույլ չեն տալիս վերականգնել դրանց ձևն ու չափը:
Հարկ է նշել, որ որոշ պոլիմերների համար հեղուկության ջերմաստիճանը և երբեմն ապակու անցման ջերմաստիճանը չեն կարող հայտնաբերվել, քանի որ տաքացնելիս այդպիսի պոլիմերների ջերմային ոչնչացումը տեղի է ունենում մինչև նրանք ժամանակ չունենան վերածվել մածուցիկ հոսքի կամ բարձր առաձգական վիճակի: Նման պոլիմերները կարող են գոյություն ունենալ միայն ապակեպատ վիճակում։ Օրինակ՝ բնական պոլիմերային բջջանյութը, ինչպես նաև դրա վրա հիմնված մի շարք եթերներ (մասնավորապես, այնպիսի տեխնիկապես կարևոր, ինչպիսին նիտրոցելյուլոզն է, որը բալիստիկ փոշիների հիմքն է)։
Ժամանակակից գիտությունը հնարավորություն է տալիս վերահսկել պոլիմերների ապակե անցումը և հոսքի ջերմաստիճանը։ Այսպիսով, նիտրոցելյուլոզայի պլաստիկացումը նիտրոգլիցերինով նվազեցնում է ապակու անցումը և հոսքի ջերմաստիճանը և պայմաններ է ստեղծում այս պոլիմերը տվյալ ձևի և չափի արտադրանքի վերածելու համար:
