了解过高分子的朋友都知道,聚乙烯(PE)是以乙烯为结构单元的长链大分子。这条长链上没有芳环、芳杂环,也没有像苯环一类的侧基,完全由-C-C-链构成,所以链段运动相当自由,具有很高的柔顺性。
1.为什么聚乙烯在室温条件下不是高弹态?
通过查表我们可以知道,聚乙烯的玻璃化温度Tg在-68℃左右,远远低于室温,也就是说在室温条件下,聚乙烯应该处于高弹态才对。但事实上并非如此,我们常见到的聚乙烯薄膜或者板材,都是塑性的,而非弹性体。
问题在哪呢?小编刚学高分子的时候,也有过同样的困惑。我们经常说,性格决定人生,而在高分子材料里面我们常说,结构决定性能。
但这个结构,并非单指分子结构,还要考虑高分子的分子量,分子量分布,结晶,取向,氢键,交联等微观结构。
对于聚乙烯而言,正是由于分子结构较为规整,柔顺性较高,分子链非常容易通过折叠和相互堆积来降低表面能使自身体系更加稳定,也就是我们通常所说的聚合物结晶。
我们说Tg是链段开始能够运动的温度,而在环境温度高于Tg时,对于线性结构的聚乙烯来说,之所以仍然保持塑性,是因为结晶对链段运动的限制。也就是说结晶之后,材料的使用温度从Tg上升到了晶体融化的温度Tm。这使得聚乙烯虽然分子链很柔顺,但是最终形成的材料却是硬的塑料。
2.抑制PE的结晶,是否可以成为弹性体?
当然,如果能够将聚乙烯的这种结晶倾向抑制住,那么聚乙烯就有可能形成橡胶一样的弹性体。比如:乙丙橡胶,就是通过丙烯单元的无规引入来破坏分子链的规整性,从而抑制结晶,再通过引入不饱和单元,使之交联,最终得到一种耐候性优良的橡胶。
需要指出的是,虽然结晶使得分子链排列更加规整,但并不是结晶度越高,材料的强度越好。小编曾把聚乙烯的结晶度做到98%,结果材料脆的一塌糊涂,高分子晶体内的分子量排列虽然规整,但是晶区和晶区之间的连接是非晶的,存在很多缺陷,就像一个个铁环连成的铁链,不管铁环如何结实,如果环与环之间的连接比较脆弱,那铁链的整体强度也不会高到哪里去。
来源:微信公众号:polymerengineer,艾邦高分子整理编辑
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