粘流態

黏流態(英文名稱viscous state)又稱塑性態(plastic state),高分子物理流變學的專用術語。其物理意義為無定形高分子聚合物在較高溫度,較大外力長時間的作用下所處的力學狀態。其特徵是會產生隨著時間延長而增長的不可逆形變,產生流動的粘液,高聚物如合成塑膠加工成型、合成纖維紡絲等,都是在高聚物的黏流態下進行的。

1、無定形高分子聚合物受熱產生形變的過程:可將溫度和形變的關係分為三個階段,如下圖所示:
無定形聚合物的形變-溫度曲線圖無定形聚合物的形變-溫度曲線圖
圖中Tg:玻璃化轉變溫度,Tf:粘流溫度
無定形高分子聚合物由玻璃態受熱升溫,隨著溫度升高,分子熱運動能量增加,當達到某一溫度時(即T>Tg),分子熱運動能量已足以克服內旋轉位能,這時鏈段運動受到激發,鏈段可以通過主鏈上的單鍵的內旋轉來不斷改變構象,甚至部分鏈段可以產生滑移,可以觀察到鏈段的運動,但整個分子仍不可能運動。這時高聚物處於高彈態。
在高彈態下,高聚物受到外力作用,分子鏈通過單鍵的內旋轉和鏈段的改變構象來適應外力的作用。一旦外力消失,分子鏈又要通過單鍵內旋轉和鏈段運動回復原來的蜷曲狀態,這在巨觀上表現為彈性回縮。高分子鏈從蜷曲狀態到伸直,所需的外力小,而形變很大,我們稱這種受力後形變大而且又能同復的力學性質為高彈性。它是無定形高聚物處在高彈態下的特有力學特徵,這是兩種不同尺寸的運動單元處於兩種不同的運動狀態的結果;就鏈段運動來看。它們是液體,就整個分子鏈來看,它們是固體,所以這種聚集態具有雙重性。高彈形變為100%~1000%,比普彈形變0.01%~0.1%大得多。
聚合物繼續受熱,溫度升高到一定後(即T>Tf),這時高聚物在外力作用下發生粘性流動,這就是粘流態,它是整個分子鏈互相滑動的巨觀表現,這種流動與低分子液體流動相類似,是不可逆的變形,外力除去後,變形不可能自發回復。
2、無定形高聚物的玻璃態、高彈態和黏流態都屬於高分子的力學狀態。從相態看均屬於液相,其差別是在形變能力的不同。玻璃化轉變不是熱力學的相變,只是一個非平衡狀態。因此Tg和Tf都不是相變溫度,只是表征一個範圍。
塑膠在室溫下處於玻璃態,Tg是其最高使用溫度,超過此溫度
就要產生形變,也就是軟了。而塑膠的最低加工成型溫度是Tf,例如聚苯乙烯的Tg是100℃。橡膠在室溫下處於高彈態,而Tg是最低使用溫度,低於此溫度就沒有彈性了 。例如天然橡膠的Tg為-73℃.

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