Estado altamente elástico

Estado altamente elástico : el estado de los polímeros , intermedio entre el estado vítreo y el viscoso , o entre el vítreo y la degradación , para polímeros con fuertes enlaces entre cadenas.

Las transiciones de temperatura correspondientes se denominan temperatura de transición vítrea (o punto de reblandecimiento si la muestra se calienta) y punto de fluidez . El signo principal de un estado altamente elástico es la capacidad de deformaciones reversibles significativas (cientos de por ciento), bajo la influencia de pequeñas fuerzas externas.

Algunos polímeros lineales con estructura rígida, como la celulosa , no pasan a un estado altamente elástico, pero se descomponen antes, y viceversa, los polímeros con alta flexibilidad termodinámica, como los cauchos , tienen temperaturas de transición vítrea muy bajas.)

Las peculiaridades de este estado se deben al hecho de que las vibraciones térmicas de las moléculas adquieren una energía lo suficientemente alta como para que los enlaces individuales de las cadenas de polímeros que interactúan puedan romper los enlaces entre sí, pero los hilos moleculares en su conjunto permanecen conectados. Esto lleva al hecho de que las bobinas de los filamentos de polímero pueden desenredarse con bastante facilidad, y los filamentos mismos pueden dibujarse en una línea, pero al mismo tiempo, se conserva el orden de corto alcance de la disposición de las macromoléculas. En esto, los enlaces cruzados entre moléculas, que no les permiten deslizarse entre sí, juegan un papel importante. Los polímeros sin dichos enlaces, por ejemplo, el caucho no vulcanizado , también tienen cierta cohesión de sus hilos, debido al entrelazado, el engrane de bucles y similares, pero tales enlaces son frágiles (aunque se restablecen fácilmente cuando una fuerza externa deja de actuar sobre el material), por lo que estos polímeros tienen una plasticidad mucho mayor , aunque también exhiben propiedades elásticas.

Dado que las transiciones entre estados en los polímeros difieren de las transiciones bruscas de fase de las sustancias ordinarias, los límites de temperatura del estado altamente elástico no son constantes, incluso para la misma sustancia, y dependen del modo de calentamiento, el número de ciclos anteriores de calentamiento y enfriamiento. y otros parámetros. También dependen del grado de polimerización de la sustancia y, debido a que la temperatura de transición vítrea está determinada por la energía de interacción de los enlaces individuales de los filamentos de polímero, casi no depende del número de estos enlaces, mientras que la El punto de fluidez depende de la interacción de las macromoléculas en su conjunto, por lo que crece junto con ellas. Por lo tanto, el rango de temperatura del estado altamente elástico se expande, junto con un aumento en el grado de polimerización de la sustancia, y viceversa, esta etapa ya está prácticamente ausente en los oligómeros.

La elasticidad de los polímeros, a diferencia de la elasticidad de materiales como los metales, es de naturaleza entrópica y no está asociada con la atracción intermolecular (cuando se estira, solo cambia la configuración de las moléculas, pero no las distancias intermoleculares; debido a esto, el volumen prácticamente no cambia, y la energía interna cambia solo debido a los cambios en las energías conformacionales). El estado de máxima entropía corresponde a configuraciones en las que la distancia entre los extremos de la molécula es , donde n es el número de unidades de la molécula y b es la longitud de una unidad. Como puede verse, para moléculas grandes esta distancia es incomparablemente menor que la longitud total de la molécula, lo que corresponde al enredo en una bobina. Además, debido a que el cambio de energía libre bajo la influencia de las fuerzas aplicadas ocurre, en su mayor parte, por un cambio de entropía, se puede deducir que las fuerzas elásticas son proporcionales a la temperatura, y además, la El proceso de estiramiento va acompañado de un aumento de temperatura, debido a la correspondiente caída de entropía. ${\overline {r}}^{2}={\tfrac{2}{3}}nb^{2}$

El módulo de elasticidad de los polímeros en este estado es muy pequeño (E~0.1-10 MPa). Al mismo tiempo, el módulo de compresión total, determinado por las fuerzas de repulsión intermolecular, es comparable con otros sólidos (10 3 MPa)

Los polímeros que exhiben propiedades altamente elásticas en el rango de servicio se denominan elastómeros .

Literatura

Kireev V. A. Curso de química física. - 3ra ed. - M .: Química, 1975. - 774 p.
Tugov II, Kostrykina G.I. Física y química de polímeros. — M .: Química, 1989. — 432 p.
Geller B.E., Geller A.A., Chirtulov V.G. Una guía práctica de la química física de los polímeros formadores de fibras. - 2ª ed. - M. : Química, 1996. - 432 p.
D. Brown, G. Sherdron, W. Kern. Una guía práctica para la síntesis y estudio de las propiedades de los polímeros. — M .: Química, 1976. — 256 p.

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