Vysoce elastický stav

Vysoce elastický stav  - stav polymerů , mezi skelným a viskózním stavem, nebo mezi skelným a degradačním stavem u polymerů se silnými meziřetězcovými vazbami.

Odpovídající teplotní přechody se nazývají teplota skelného přechodu (nebo teplota měknutí, je-li vzorek zahříván) a bod tuhnutí . Hlavním znakem vysoce elastického stavu je schopnost výrazných vratných deformací (ve stovkách procent), vlivem malých vnějších sil.

Některé lineární polymery s tuhou strukturou, jako je celulóza , nepřecházejí do vysoce elastického stavu, ale před tím se rozpadají, a naopak polymery s vysokou termodynamickou pružností, jako jsou kaučuky , mají velmi nízké teploty skelného přechodu.)

Zvláštnosti tohoto stavu jsou způsobeny tím, že tepelné vibrace molekul se stávají dostatečně vysokoenergetickými, takže jednotlivé články interagujících polymerních řetězců mohou mezi sebou rušit vazby, ale molekulární vlákna jako celek zůstávají spojena. To vede k tomu, že cívky polymerních filamentů se mohou poměrně snadno rozplétat a vlákna samotná mohou být tažena do čáry, ale zároveň je zachováno uspořádání makromolekul na krátké vzdálenosti. Významnou roli v tom hrají příčné vazby mezi molekulami, které jim neumožňují klouzat vůči sobě navzájem. Polymery bez těchto vazeb, například nevulkanizovaný kaučuk , mají také určitou soudržnost svých vláken v důsledku proplétání, propletení smyček a podobně, ale takové vazby jsou křehké (ačkoli se snadno obnoví, když na ně přestane působit vnější síla. materiál), proto mají tyto polymery mnohem větší plasticitu , ačkoli také vykazují elastické vlastnosti.

Protože se přechody mezi stavy v polymerech liší od ostrých fázových přechodů běžných látek, nejsou teplotní limity vysoce elastického stavu konstantní ani pro stejnou látku a závisí na režimu ohřevu, počtu minulých cyklů ohřevu a ochlazení. a další parametry. Závisí také na stupni polymerace látky a vzhledem k tomu, že teplota skelného přechodu je dána interakční energií jednotlivých článků polymerních filamentů, téměř nezávisí na počtu těchto článků, přičemž bod tuhnutí závisí na interakci makromolekul jako celku, proto roste spolu s nimi.délka. Teplotní rozsah vysoce elastického stavu se tedy rozšiřuje spolu se zvýšením stupně polymerace látky a naopak tento stupeň již prakticky chybí u oligomerů.

Elasticita polymerů je na rozdíl od elasticity materiálů, jako jsou kovy, entropické povahy a není spojena s mezimolekulární přitažlivostí (při natahování se mění pouze konfigurace molekul, ale ne mezimolekulární vzdálenosti - díky tomu se objem se prakticky nemění a vnitřní energie se mění pouze v důsledku změn konformačních energií). Stav s maximální entropií odpovídá konfiguracím, ve kterých je vzdálenost mezi konci molekuly , kde n je počet jednotek molekuly a b je délka jedné jednotky. Jak je vidět, u velkých molekul je tato vzdálenost nesrovnatelně menší než celková délka molekuly, což odpovídá zapletení do cívky. Také vzhledem k tomu, že ke změně volné energie pod vlivem působících sil dochází z velké části v důsledku změny entropie, lze odvodit, že elastické síly jsou úměrné teplotě a navíc proces natahování je doprovázen zvýšením teploty v důsledku odpovídajícího poklesu entropie.

Modul pružnosti polymerů v tomto stavu je velmi malý (E~0,1-10 MPa). Modul všestranné komprese, určený intermolekulárními odpudivými silami, je přitom srovnatelný s ostatními pevnými látkami (10 3 MPa)

Polymery, které vykazují vysoce elastické vlastnosti v rozsahu použití, se nazývají elastomery .

Literatura

• Kireev V.A. Kurz fyzikální chemie. - 3. vyd. - M .: Chemie, 1975. - 774 s.
• Tugov I.I., Kostrykina G.I. Fyzika a chemie polymerů. — M .: Chemie, 1989. — 432 s.
• Geller B.E., Geller A.A., Chirtulov V.G. Praktický průvodce fyzikální chemií vláknotvorných polymerů. - 2. vyd. - M .: Chemie, 1996. - 432 s.
• D. Brown, G. Sherdron, W. Kern. Praktický průvodce syntézou a studiem vlastností polymerů. — M .: Chemie, 1976. — 256 s.

Slovníky a encyklopedie	Velký Rus