纖維材料的熱力學狀態：黏流態、玻璃態、高彈態和脆折態

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。
/ `- t0 d  B: l下圖是在恒應力條件下纖維的變形能力（實線）和拉伸模量（虛線）隨溫度變化的過程，其轉折點分別為脆折轉變溫度（ｂｒｉｔ?ｔｌｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｂ、玻璃化轉變溫度（ｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｇ 和黏流轉變溫度（ｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｆ，且轉變溫度都有一個區段，這是非晶態高聚物所特有的力學三態特征。其中，多數合成纖維的力學三態特征比較明顯，而天然纖維（棉、麻、毛、絲）及再生纖維素纖維等在某些升溫速率下（高溫時）不呈現比較明顯的黏流態特征，而直接分解、炭化。
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纖維材料的典型熱力學曲線

5 T$ b- ~! ?5 c( K1.玻璃態（ｇｌａｓｓｓｔａｔｅ）
, J4 p; k5 K, K# u& U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。
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。

2.高彈態（ｈｉｇｈ－ｅｌａｓｔｉｃｓｔａｔｅ，ｒｕｂｂｅｒｓｔａｔｅ）
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。

3.黏流態（ｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｓｔａｔｅ）
* I0 R% e: {  N4 @6 X9 _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。
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。
4.脆折態（ｂｒｉｔｔｌｅｓｔａｔｅ）
當鏈節、鏈段、主鏈旋轉及側基均被凍結固定時稱為脆折態。