[纤维知识]纤维的热力学状态与性质（一）

　　生意社5月23日讯

　　非晶态高聚物的热力学状态及转变

　　如对一非晶态高聚物试样施加一恒定而较小的应力，在等速升温的环境下观察试样发生的形变与温度的关系。

　　三种力学状态及两个转变区

　　无定形区在热的作用下，有三种热力学状态：玻璃态、高弹态和粘流态，通过变形能力来区分。

　　玻璃态：强力高，变形小，且外力取除后变形很快消失，表现出类似玻璃的力学性质。在低温时，由于分子热运动能低，链段的热运动能不足以克服内旋转的势垒，链段处于被“冻结”状态，只有侧基、链节和短小支链等小运动单元的局部振动及键长、键角的变化。形变与受力的大小成正比，当外力除去后形变能立刻回复，这种力学性质称为虎克弹性，又称普弹性。

　　玻璃化转变区：

　　在3~5℃范围内，几乎所有物理性质，如比热、导热系数、热膨胀系数、模量、介电常数和双折射率等，均发生突变。

　　由于温度升高，分子链段开始“解冻”，其热运动能可以克服主链的内旋转位垒，绕主链轴旋转，使分子的构象发生变化。

　　模量迅速下降3-4个数量级，形变迅速增加。

　　此转变的温度称为玻璃化温度，记为Tg。

　　高弹态：

　　受到外力，可产生较大的变形，当外力消除变形较易回复，类似于橡胶的力学特征。

　　大分子链段可以运动的状态，但没有分子链的运动。分子链段可以通过主链上单键的内旋转来不断改变构象，但整个分子链虽仍处于被冻结状态。当纤维受到外力拉伸时，分子链可以通过主链上单键的内旋转和链段运动来改变构象，以适应外力的作用，分子链被拉直；解除外力后，被拉直的分子链又可以通过内旋转和链段的移动回复到原来的卷曲状态。

　　高弹性的模量比普弹性的模量小得多；形变可达100%-1000%，比普弹性形变(0.01%-0.1%)大得多。