2.1. Физические состояния полимеров аморфных полимеров

В зависимости от температуры испытания и скорости приложения нагрузки аморфные полимеры могут проявлять различные механические свойства. С понижением температуры энергия теплового движения сегментов уменьшается и, в конце концов, наступает момент, когда тепловой энергии не хватает для преодоления межмолекулярных взаимодействий. По температуре перехода аморфные полимеры принято классифицировать, как находящиеся в стеклообразном, высокоэластическом или вязкотекучем физическом состоянии, каждое из кото­рых имеет свой комплекс механических свойств. Определение этих свойств даёт возможность установить состояние полимера. Все эти состояния соответствуют одной и той же аморфной фазе. Их различия связаны только с соотношением скоростей прохождения вязкого течения и релаксационных процессов.

Наиболее наглядно различные состояния полимеров можно продемонстрировать на примере зависимости деформации от температуры при вдавливании твёрдого стержня при небольшой нагрузке в материал (термомеханической кривой).

2.1.1. Стеклообразное состояние полимеров

Полимеры ниже температуры стеклования находятся в стеклообразном состоянии и проявляют большую жёсткость, низкую деформируемость и, поэтому значительную хрупкость. Реально полимеры переходят в хрупкое состояние, как правило, при температурах, на много десятков градусов ниже их температуры стеклования (Т_с). Хрупкость полимерных стёкол обусловлена отсутствием какой-либо подвижности цепных молекул на сегментальном уровне, которая обеспечила бы уменьшение возникшего в данной точке материала напряжения за счёт перераспределения его на больший объём материала. Полимерные стёкла при температурах не намного ниже температуры стеклования не идеально упруги; им свойственна некоторая необратимая пластическая и вязкоупругая деформация, потому, что их молекулы всё ещё имеют некоторую свободу движения и перегруппировки под действием приложенного напряжения, чего нет напротив в неорганических стёклах.

2.1. 2. Высокоэластическое состояние полимеров

Это состояние полимеров находится по шкале температуры между стеклообразным и вязко-текучим. В вязкоэластическом состоянии при приложении нагрузки временные «сшивки» Ван-дер-Ваальльсовых сил между длинноцепочечными молекулами и физические узлы зацеплений, возникающие при переплетении цепей, при приложении нагрузки начинают разрушаться и макромолекулы проскальзывают относительно друг друга. Это вызвано тем, что при этих температурах увеличивается сегментальная подвижность, поэтому под действием растягивающей силы клубок относительно легко разворачи­вается. Это может сопровождаться увеличением его продоль­ных размеров в десятки и даже сотни раз. После снятия на­пряжения макромолекулы в результате теплового движения снова сворачиваются, и полимер восстанавливает свои раз­меры.

В вязкоэластическом состоянии по сравнению со стеклообразным происходит снижение модуля упругости и повышение деформируемости, которая в этом состоянии является обратимой, возможны огромные деформа­ции полимеров.