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纖維材料的熱力學狀態:黏流態、玻璃態、高彈態和脆折態

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發布時間: 2015-8-26 22:55

正文摘要:

對于線型高聚物,材料非晶相的黏流轉變溫度和結晶區的熔點?;ハ嘀睾?,很難區分,所以測量纖維的熱力學性質時首先表現出來的變化是非晶相的變化,其典型曲線如下圖所示。+ P( y- p& o( J5 s7 a0 | 下圖是在恒應力條 ...

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評分 滿腹經綸 發表于 2015-8-26 23:05:36

6 S! Q, M2 @, \3.黏流態(viscousflowstate)( g6 V0 r/ M! g
當溫度再繼續上升達到某一溫度(黏流轉變溫度Tf)后,大分子的熱運動克服了分子間的作用力,運動單元從鏈段擴展至大分子鏈,大分子之間可以出現相對滑移,變形能力顯著增大且不可逆。紡織纖維呈現出一種具有黏滯性、可流動的液體狀態,纖維的這種力學狀態就稱為黏流態。當大分子的聚合度極高,分子間作用力極大,大分子間的纏結嚴重時,分子間的相對滑移極困難,不會出現黏流態。2 K9 k  p$ p% Q3 w
上述從分子運動學觀點描述了熱力學三態,從相態角度看,玻璃態、高彈態和黏流態均屬非結晶相,即大分子間的排列狀態呈無規(無序、非晶)狀態。# h" p* o/ p2 N; l
4.脆折態(brittlestate)
- B: P% `6 b! @! ~! ^! ]5 P當鏈節、鏈段、主鏈旋轉及側基均被凍結固定時稱為脆折態。
評分 滿腹經綸 發表于 2015-8-26 23:04:45

- _9 F1 \! v1 L& w2 @( T0 i2.高彈態(high-elasticstate,rubberstate)
( Z3 |' G+ T4 E4 E! V( \: D$ U# z! s1 r當溫度繼續升高超過某一溫度(玻璃化轉變溫度Tg)后,纖維的拉伸模量突然下降,纖維受較小的力的作用就發生很大變形,而且當外力解除后,變形快速恢復。在“溫度—變形”或“溫度—模量”曲線上出現一個平臺區,這個區間的力學行為類似于橡膠的力學特征,纖維的這種力學狀態就稱為高彈態或稱橡膠態。從分子運動機理看,在此溫度下纖維內部的大分子鏈段已經“解凍”,鏈段可以繞主鏈軸做旋轉運動,使大分子卷縮、伸直變形比較容易,且產生的變形也易于通過鏈段的熱運動恢復原來的形態。這是高聚物特有的力學狀態,高彈形變的實質是鏈段運動使大分子發生伸展—卷曲運動的宏觀表現。
評分 滿腹經綸 發表于 2015-8-26 22:55:49
0 ]" i" M: W; L/ G
1.玻璃態(glassstate)
1 t  g4 [. \* ?" j7 }/ O' A在低溫狀態時,纖維內部大分子熱運動的能量比較低,運動單元只有側基、鏈節、短支鏈等短小單元,鏈段處于被“凍結”狀態,運動方式主要為局部振動和鍵長、鍵角的變化。因此,纖維的拉伸模量很高,強力高,變形能力很小,且外力去除后,變形很快消失,纖維硬脆,表現出類似玻璃的力學性質,故稱玻璃態(或硬玻璃態)。當溫度進一步升高,運動單元尺寸增加,纖維大分子鏈段有了一定的回轉能力,纖維表現出一定的柔曲性、堅韌性,作用力大的情況下可見塑性變形,這個狀態常被稱為軟玻璃態(或稱為強迫高彈態),絕大多數纖維在室溫條件下處于此狀態。
0 U! E! R+ B; L紡織纖維的玻璃化轉變溫度大都高于室溫,所以在室溫條件下,衣服能保持一定抗拉伸能力和硬挺度,如氨綸的玻璃化溫度在-40℃以下(聚醚型為-70~-50℃),在常溫環境下具有優良的彈性。

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