玻璃成型的過程
玻璃的成型是當(dāng)材料還處于液態(tài)時(shí),分子發(fā)生化學(xué)聯(lián)結(jié)
或結(jié)合的結(jié)果。當(dāng)溫度緩慢下降時(shí),生成的鏈狀和高度支鏈
結(jié)構(gòu)就更加復(fù)雜,材料的熔融粘度大大增加。
由于粘度的增加,阻礙了局部基團(tuán)的運(yùn)動(dòng)以及重排成理想晶
格的能力。最終,無規(guī)排列的結(jié)構(gòu)固定下來了,玻璃的成型
特征是通過強(qiáng)大的分子間力構(gòu)成很大的分子。出于相連基團(tuán)
的很大的體積,使它難以規(guī)褳排列。蔗糖也屬這種,經(jīng)常形成
玻璃狀并難以結(jié)晶。我們所熟悉的“熬糖”、麥芽糖、乳脂糖
等基本上都是玻璃態(tài)。然而,與一般的結(jié)晶態(tài)相比,肯定是
玻璃態(tài)的穩(wěn)定性比較差。在玻璃成型過程中,如果適當(dāng)?shù)臈l
件不能保持,可能會(huì)出現(xiàn)不希望的結(jié)晶化和反玻璃化作用。
玻璃態(tài)聚合物
我們已討論了關(guān)于無機(jī)玻璃形成過程中,從液態(tài)到固體
的轉(zhuǎn)變過程。對(duì)于有機(jī)聚合物,相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變是從橡膠態(tài)到
玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變。除此以外,聚合物轉(zhuǎn)變到玻璃態(tài)的過程與無
機(jī)玻璃的轉(zhuǎn)變過程相似。由于長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的存在及相應(yīng)的離的
內(nèi)部粘度,使其自動(dòng)趨于不規(guī)則的玻璃狀態(tài)而不是規(guī)則的結(jié)
晶態(tài)。然而,許多聚合物冷卻到某一溫度以下,就會(huì)結(jié)晶。
還應(yīng)分析一下為什么某些聚合物可以結(jié)晶,而另外一些卻仍
然保持無定形或玻璃態(tài)的原因。
總的說來,無機(jī)玻璃成型材料
中,阻礙結(jié)晶的因素同有機(jī)物或聚合物材料影響結(jié)晶的因素
類似。都是由于分子體積龐大和分子問作用力強(qiáng)所致。對(duì)于
最重要的兩種有機(jī)玻璃,即聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯的
重復(fù)單元(鏈節(jié))如本章第7節(jié)的表所示。由表可見,它們
的主鏈上含有相當(dāng)大的側(cè)基,這些側(cè)基不僅增強(qiáng)了局部分子
間的作用力,而且單純從幾何學(xué)方面來看,這些側(cè)基也阻礙
了鏈的自由運(yùn)動(dòng)。
然而,如果聚合物要結(jié)晶,除了這些因素之外,還必須
滿足一個(gè)更為基本的條件,即分子鏈的構(gòu)型是理想的,也就
是說,沿著整個(gè)鏈長(zhǎng)一連串的基團(tuán)應(yīng)該重復(fù)排列。這個(gè)條件
在非聚合物材料中是不出現(xiàn)的。
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