1 影響高分子聚合物流動(dòng)溫度的因素
1.1 分子量
相對(duì)分子質(zhì)量較低時(shí)高分子聚合物的分子只有一種運(yùn)動(dòng)單元。此時(shí),玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg與流動(dòng)溫度Tf重合。當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)某一值后,高分子聚合物表現(xiàn)出高彈態(tài)。此時(shí),Tg與分子質(zhì)量無(wú)關(guān),但Tf隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而上升,其原因在于玻璃華轉(zhuǎn)變溫度對(duì)應(yīng)的是分子的鏈段運(yùn)動(dòng),而流動(dòng)溫度對(duì)應(yīng)的則是分子的整體運(yùn)動(dòng)。分子的質(zhì)量越大分子整鏈運(yùn)動(dòng)越困難,由此導(dǎo)致流動(dòng)溫度的增大。
分子量對(duì)高分子聚合物流動(dòng)溫度的影響具有重要的使用價(jià)值。例如,對(duì)于橡膠而言,應(yīng)用上要求它應(yīng)該具有寬廣的高彈溫度區(qū)域;而實(shí)際上作為橡膠的高分子聚合物的相對(duì)分子量一般可以達(dá)到幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)。相反,用作塑料的高分子聚合物則因?yàn)槌尚偷木壒室缶哂休^低的加工溫度;因此通常在不影響使用性能的情況下,盡量降低高分子聚合物的相對(duì)分子量。
1.2 分子鏈的柔性
分子鏈的柔性越大,分子分段運(yùn)動(dòng)所需要的空間(空穴)越小,流動(dòng)活化能也越低。由分子熱動(dòng)力學(xué)可知,對(duì)應(yīng)的流動(dòng)溫度也較低。較為剛性的高分子聚合物一般擁有較高的流動(dòng)溫度,如聚苯烯的流動(dòng)溫度在112ºC~146ºC,剛性更大的聚碳酸脂的為220ºC~230ºC。剛性更大的高分子聚合物,如纖維素實(shí)際上是不能流動(dòng)的。
1.3 分子間的作用力
分子間的作用力將阻礙分子鏈段的自由運(yùn)動(dòng)。因此較大的分子間作用力導(dǎo)致較高的高分子聚合物熱轉(zhuǎn)變溫度。有些高分子聚合物,如聚丙烯晴的流動(dòng)溫度高于其分解溫度。
1.4 外力
外力會(huì)部分抵消高分子鏈段的無(wú)序熱運(yùn)動(dòng),促進(jìn)分子鏈在外力作用方向上的分段運(yùn)動(dòng)。可見,增大外力會(huì)降低高分子聚合物的流動(dòng)溫度。這一因素具有實(shí)在的應(yīng)用價(jià)值。比如說(shuō)對(duì)剛性的聚碳酸脂,聚砜,通常采用很大的注射壓力以降低它們的流動(dòng)溫度,使之能夠成型。冷壓成型實(shí)際上也是這一原理的應(yīng)用。
2. 高分子聚合物流動(dòng)溫度的測(cè)量方法
2.1 溫度-形變儀
在溫度-形變儀中,對(duì)被測(cè)高分子聚合物樣品施加一定的載荷,以恒定的升溫速度對(duì)樣品加溫,測(cè)量不同的溫度下樣品的變形值。以試樣的變形值為縱坐標(biāo),相應(yīng)溫度值為橫坐標(biāo)作圖,即可得到聚合物的變形-溫度曲線。
當(dāng)溫度從低到高變化時(shí),變形-溫度曲線的第一拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度值,是高分子聚合物的玻璃化溫度,Tg;曲線第二拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度值是流動(dòng)溫度,Tf。在玻璃化溫度Tg和流動(dòng)溫度Tf之間,高分子聚合物處于高彈態(tài),溫度超過(guò)流動(dòng)溫度Tf后,高分子聚合物處于粘流態(tài)。
需要指出的是結(jié)晶聚合物,交聯(lián)聚合物的變形-溫度曲線在形狀上與非晶聚合物的曲線存在顯著的差異。