温度对聚合物物理力学性能的影响是每一个聚合物材料制造和使用者都十分熟知的现象。像作用时间一样,温度是影响聚合物理力学性能的重要参数。随着温度从低到高,聚合物的许多性能都发生很大变化。在玻璃态向高弹态的转变温度区域—玻璃化转变温度Tg会发生突变。事实上聚合物的三种力学状态—玻璃态、橡胶态、和粘流态就是依据 温度不同而呈现的。而性能敏感区域正与我们日常生活中的温度范围大致吻合,因此了 解聚合物性能温度依赖性对实际使用也是极为重要的。
此外力学性能是分子运动的宏观表现,温度对分子运动的影响是众所熟知的。通过 温度对聚合物力学性能影响研究可以了解聚合物力学性能的分子本质。
工业上常采用马丁耐热和维卡耐热来测定温度对聚合物力学性能的影响,并以次作为材料耐热指标。这些方法没有明确的物理意义,不能全面反映聚合物性能温度依赖性。通常采取形变—温度曲线、模量—温度曲线和动态力学性能来研究聚合物力学性能温度 依赖性。
当线形非晶聚合物受到一定外载荷作用时,受载聚合物形变与温度的关系就是聚合物的形变—温度曲线。整个曲线分为5个区域,即三种力学状态和二个转变,如图所示。
聚合物的形变—温度曲线不但可以用来了解聚合物三个力学状态玻璃化转变温度
Tg和粘流温度Tf,还可以用来定性地判断分子量的大小、其中的增塑剂含量、交联和线
性聚合物、晶态和非晶态聚合物、乃至热分解、热交联等。
一般分子量很小时,没有Tg,其Tf随分子量增大而上升。当分子量达到一定程度时出现Tg,呈现出了橡胶态,Tg随分子量变化就不明显了,但橡胶态平台区将随分子量增大而变宽。
对于晶态聚合物,当Tm<Tf时(如分子量很大时),在Tm以下都呈现出近似玻璃态的状态,直到Tm后,呈现出高弹态;否则,则Tm以上直接进入粘流态。而交联聚合物 没有粘流态。
对于含有增塑剂的聚合物,一般随增塑剂含量上升Tg下降。而当出现热分解或者交 联时,都会导致形变曲线上的某种突变。