纖維材料的熱力學(xué)狀態(tài)：黏流態(tài)、玻璃態(tài)、高彈態(tài)和脆折態(tài)

對于線(xiàn)型高聚物，材料非晶相的黏流轉變溫度和結晶區的熔點(diǎn)?；ハ嘀睾?，很難區分，所以測量纖維的熱力學(xué)性質(zhì)時(shí)首先表現出來(lái)的變化是非晶相的變化，其典型曲線(xiàn)如下圖所示。
下圖是在恒應力條件下纖維的變形能力（實(shí)線(xiàn)）和拉伸模量（虛線(xiàn)）隨溫度變化的過(guò)程，其轉折點(diǎn)分別為脆折轉變溫度（ｂｒｉｔ?ｔｌｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｂ、玻璃化轉變溫度（ｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｇ 和黏流轉變溫度（ｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）Ｔｆ，且轉變溫度都有一個(gè)區段，這是非晶態(tài)高聚物所特有的力學(xué)三態(tài)特征。其中，多數合成纖維的力學(xué)三態(tài)特征比較明顯，而天然纖維（棉、麻、毛、絲）及再生纖維素纖維等在某些升溫速率下（高溫時(shí)）不呈現比較明顯的黏流態(tài)特征，而直接分解、炭化。

纖維材料的典型熱力學(xué)曲線(xiàn)

3.黏流態(tài)（ｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗｓｔａｔｅ）
1 K! s# ^  f9 ]+ l" J5 ~) ]當溫度再繼續上升達到某一溫度（黏流轉變溫度Ｔｆ）后，大分子的熱運動(dòng)克服了分子間的作用力，運動(dòng)單元從鏈段擴展至大分子鏈，大分子之間可以出現相對滑移，變形能力顯著(zhù)增大且不可逆。紡織纖維呈現出一種具有黏滯性、可流動(dòng)的液體狀態(tài)，纖維的這種力學(xué)狀態(tài)就稱(chēng)為黏流態(tài)。當大分子的聚合度極高，分子間作用力極大，大分子間的纏結嚴重時(shí)，分子間的相對滑移極困難，不會(huì )出現黏流態(tài)。
上述從分子運動(dòng)學(xué)觀(guān)點(diǎn)描述了熱力學(xué)三態(tài)，從相態(tài)角度看，玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)均屬非結晶相，即大分子間的排列狀態(tài)呈無(wú)規（無(wú)序、非晶）狀態(tài)。
4.脆折態(tài)（ｂｒｉｔｔｌｅｓｔａｔｅ）
當鏈節、鏈段、主鏈旋轉及側基均被凍結固定時(shí)稱(chēng)為脆折態(tài)。

/ U" N2 G9 S+ \4 n  W8 D. K! [2.高彈態(tài)（ｈｉｇｈ－ｅｌａｓｔｉｃｓｔａｔｅ，ｒｕｂｂｅｒｓｔａｔｅ）
當溫度繼續升高超過(guò)某一溫度（玻璃化轉變溫度Ｔｇ）后，纖維的拉伸模量突然下降，纖維受較小的力的作用就發(fā)生很大變形，而且當外力解除后，變形快速恢復。在“溫度—變形”或“溫度—模量”曲線(xiàn)上出現一個(gè)平臺區，這個(gè)區間的力學(xué)行為類(lèi)似于橡膠的力學(xué)特征，纖維的這種力學(xué)狀態(tài)就稱(chēng)為高彈態(tài)或稱(chēng)橡膠態(tài)。從分子運動(dòng)機理看，在此溫度下纖維內部的大分子鏈段已經(jīng)“解凍”，鏈段可以繞主鏈軸做旋轉運動(dòng)，使大分子卷縮、伸直變形比較容易，且產(chǎn)生的變形也易于通過(guò)鏈段的熱運動(dòng)恢復原來(lái)的形態(tài)。這是高聚物特有的力學(xué)狀態(tài)，高彈形變的實(shí)質(zhì)是鏈段運動(dòng)使大分子發(fā)生伸展—卷曲運動(dòng)的宏觀(guān)表現。

1.玻璃態(tài)（ｇｌａｓｓｓｔａｔｅ）
在低溫狀態(tài)時(shí)，纖維內部大分子熱運動(dòng)的能量比較低，運動(dòng)單元只有側基、鏈節、短支鏈等短小單元，鏈段處于被“凍結”狀態(tài)，運動(dòng)方式主要為局部振動(dòng)和鍵長(cháng)、鍵角的變化。因此，纖維的拉伸模量很高，強力高，變形能力很小，且外力去除后，變形很快消失，纖維硬脆，表現出類(lèi)似玻璃的力學(xué)性質(zhì)，故稱(chēng)玻璃態(tài)（或硬玻璃態(tài)）。當溫度進(jìn)一步升高，運動(dòng)單元尺寸增加，纖維大分子鏈段有了一定的回轉能力，纖維表現出一定的柔曲性、堅韌性，作用力大的情況下可見(jiàn)塑性變形，這個(gè)狀態(tài)常被稱(chēng)為軟玻璃態(tài)（或稱(chēng)為強迫高彈態(tài)），絕大多數纖維在室溫條件下處于此狀態(tài)。
紡織纖維的玻璃化轉變溫度大都高于室溫，所以在室溫條件下，衣服能保持一定抗拉伸能力和硬挺度，如氨綸的玻璃化溫度在－４０℃以下（聚醚型為－７０～－５０℃），在常溫環(huán)境下具有優(yōu)良的彈性。