1 影响高分子聚合物流动温度的因素
1.1 分子量
相对分子质量较低时高分子聚合物的分子只有一种运动单元。此时,玻璃化转变温度Tg与流动温度Tf重合。当相对分子质量超过某一值后,高分子聚合物表现出高弹态。此时,Tg与分子质量无关,但Tf随相对分子质量的增加而上升,其原因在于玻璃华转变温度对应的是分子的链段运动,而流动温度对应的则是分子的整体运动。分子的质量越大分子整链运动越困难,由此导致流动温度的增大。
分子量对高分子聚合物流动温度的影响具有重要的使用价值。例如,对于橡胶而言,应用上要求它应该具有宽广的高弹温度区域;而实际上作为橡胶的高分子聚合物的相对分子量一般可以达到几十万到几百万。相反,用作塑料的高分子聚合物则因为成型的缘故要求具有较低的加工温度;因此通常在不影响使用性能的情况下,尽量降低高分子聚合物的相对分子量。
1.2 分子链的柔性
分子链的柔性越大,分子分段运动所需要的空间(空穴)越小,流动活化能也越低。由分子热动力学可知,对应的流动温度也较低。较为刚性的高分子聚合物一般拥有较高的流动温度,如聚苯烯的流动温度在112ºC~146ºC,刚性更大的聚碳酸脂的为220ºC~230ºC。刚性更大的高分子聚合物,如纤维素实际上是不能流动的。
1.3 分子间的作用力
分子间的作用力将阻碍分子链段的自由运动。因此较大的分子间作用力导致较高的高分子聚合物热转变温度。有些高分子聚合物,如聚丙烯晴的流动温度高于其分解温度。
1.4 外力
外力会部分抵消高分子链段的无序热运动,促进分子链在外力作用方向上的分段运动。可见,增大外力会降低高分子聚合物的流动温度。这一因素具有实在的应用价值。比如说对刚性的聚碳酸脂,聚砜,通常采用很大的注射压力以降低它们的流动温度,使之能够成型。冷压成型实际上也是这一原理的应用。
2. 高分子聚合物流动温度的测量方法
2.1 温度-形变仪
在温度-形变仪中,对被测高分子聚合物样品施加一定的载荷,以恒定的升温速度对样品加温,测量不同的温度下样品的变形值。以试样的变形值为纵坐标,相应温度值为横坐标作图,即可得到聚合物的变形-温度曲线。
当温度从低到高变化时,变形-温度曲线的第一拐点所对应的温度值,是高分子聚合物的玻璃化温度,Tg;曲线第二拐点所对应的温度值是流动温度,Tf。在玻璃化温度Tg和流动温度Tf之间,高分子聚合物处于高弹态,温度超过流动温度Tf后,高分子聚合物处于粘流态。
需要指出的是结晶聚合物,交联聚合物的变形-温度曲线在形状上与非晶聚合物的曲线存在显著的差异。