Высокоэластическое состояние

Высокоэластическое состояние — состояние, в котором полимеры обладают способностью к большим обратимым деформациям (до несколько десятков, сотен и более процентов).

В высокоэластическое состояние могут переходить все гибкоцепные линейные полимеры с достаточно большой молекулярной массой и пространственно структурированные (сетчатые) полимеры при нагревание их выше температуры стеклования.

Верх. температурная граница определяется т-рой разложения для сетчатых полимеров и темперутурой текучести для линейных. Полимеры, находящиеся в высокоэластическом состоянии в широком интервале температур, соответствующем условиям их эксплуатации, называют эластомерами. Типичные представители эластомеров - натуральный и синтетич. каучуки, а также резины на их основе.

В отличие от твердых кристаллических тел деформация полимеров в высокоэластическом состоянии связана не с изменением межатомных или межмолалекулярных расстояний, а с частичным развертыванием хаотически свернутых цепных молекул, что и обусловливает возможность больших деформаций. При этом возвращающая сила f вызывается не силами притяжения между молекулами деформируемого тела, а тепловым движением, которое по своей интенсивности такое же, как тепловое движение молекул в жидкостях. Таким образом упругость полимеров в высокоэластическом состоянии имеет энтропийную природу подобно объемной упругости газов. Поэтому модуль упругости полимеров в высокоэластическом состоянии пропорционален абс. т-ре Т и имеет низкие значения (0,1-10 мпа), тогда как модуль всестороннего сжатия, определяемый силами межмолалекулярного взаимодействия, типичен для кон-денсиров. сред. Вследствие этого деформация эластомеров практически не сопровождается изменением объема, и связанное с этим изменение внутренней энергии U ничтожно. Наблюдаемые на опыте изменения U при деформации эластомеров связаны с изменением набора энергетически неравноценных конформац. изомеров при развертывании цепей. В зависимости от разности энергетич. уровней транс- и гош-конформеров изменение внутр. энергии при деформации и соответствующая ему составляющая возвращающей силы fe = (dV/dl)V,T ("энергетическая сила") м. б. как положительными, так и отрицательными (l-длина образца, V-его объем).

Предпринимались попытки объяснить наблюдаемые отклонения от классической теории на основе различных физических предпосылок. Но все они, как и различной феноменологической теории, не получили широкого распространения. Отклонения от классической теории, как считает большинство исследователей, связаны с тем, что в ней не учитываются ограничения числа возможных конформаций цепей, возникающие вследствие их взаимной непроницаемости. Многочисл. теории, построенные на этой предпосылке, удовлетворительно описывают деформац. зависимости разл. типов.

Исп. литература: Волькснштейн М.В., Конфигурационная статистика полимерных цепей, М.-Л., 1959; Бирштейн Т.М., Птицын О.Б., Конформаций макромолекул, М., 1964; Treloar L.R.Y., The physics of rubber elasticity, 3 ed., Oxf., 1975. Л. С. Лрисе.