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对于聚合物玻璃化转变,常用的理论解释有两种,即热力学理论和自由体积理论。热力学理论只给聚合物的玻璃化转变以定性的解释,而自由体积理论则给聚合物的玻璃化转变以半定量的解释。这里主要介绍自由体积理论。
自由体积理论是和Flory提出的。他们认为,液体或固体物质其体积由两部分组成:一部分是被分子占据的体积称为已占体积;另一部分是未被占据的自由体积。后者以“孔穴’’的形式分散于整个物质之中,正是由于自由体积的存在,分子链才可能通过转动和位移而调整构象。这二理论认为。当聚合物冷却时,自由体积先逐渐减小,到某一温度时,自由体积将达到一个zui低值,这时聚合物进人玻璃态口此时,.链段被冻结,自由体积也被冻结,在整个体系内所占的比例也维持恒定。因此对任何聚合物,玻璃化温度就是自由体积达到某一临界值的温度:在这个温度以下,没有足够的空间进行分子链的构象调整。
另外,自由体积理论也可以对松弛过程给出定性的解释。非晶态聚合物的分子排列不太紧密,即是内部有较多的自由体积存在口当聚合物熔体进行冷却时,若冷却速度很慢,使得每一温度下所停留的时间远大于该温度下链段运动的松弛时间,这样聚合物就可以有足够的时间进行构象调整,使自由体积逐渐迁移到物体的表面而释出。自由体积向物体外部的扩散形成所谓冷却收缩。从而达到与该温度相应的平衡体积。如果的确能得到这种缓慢冷却的话,那么比容一温度曲线就不发生转折,如图1.2.27虚线部分显示。但是实际测定中,冷却速度是很快的,而且随温度下降,体系黏度增加,松弛时间t随之增大,当温度降低到某一值时,在该温度下的停留时间是小于链段的松弛时间时,链段在观察时闻内来不及调整构象,造成聚合物体积变化滞后于温度变化,聚合物整体的实际体积总是大于该温度下的平衡体积,因此比容一温度曲线在该温度处出现拐点。神州聚乙烯隔音板抗震保温板5毫米厚