Высокоэластическое состояние

Высокоэластическое состояние, одно из трёх физических состояний аморфных полимеров (см. Аморфное состояние). Оно проявляется в интервале температур между температурами стеклования и текучести у полимеров, макромолекулы которых имеют цепное строение и достаточно гибки. В. с. наблюдается также и у полимеров, макромолекулы которых прочно связаны в пространственную сетку, имеющую достаточно длинные и гибкие отрезки цепного строения между узлами. Полимеры в В. с. отличаются способностью к огромным обратимым деформациям растяжения (до многих сотен процентов), низкими значениями модуля эластичности [0,1—10 Мн/м² (1—100 кгс/см²)], выделением тепла при растяжении, возрастанием равновесного модуля эластичности с температурой и др. особенностями. Наиболее характерные представители высокоэластичных материалов — каучуки и резины.

  В. с. возникает благодаря способности цепных молекул полимеров к изменению формы. Гибкие цепные молекулы под влиянием теплового движения непрерывно меняют свою форму, т. е. принимают ряд различных конформаций. При достаточно большой длине молекул число разрешённых скрученных конформаций подавляюще велико. Воздействие растягивающих сил распрямляет макромолекулы; после прекращения действия сил она вновь скручивается благодаря хаотическому характеру теплового движения. Таким образом, сопротивление изменению формы полимерного тела в основном обусловлено не изменением внутренней энергии, как в кристаллических телах, а увеличением числа более распрямлённых конформаций, являющихся менее вероятными. Поэтому изотермическая деформация идеального высокоэластичного полимера связана с уменьшением энтропии и в этом смысле аналогична изотермическому сжатию идеального газа. Соответственно, для термодинамически равновесной высокоэластической деформации сила, стремящаяся сократить растягиваемое внешними силами полимерное тело, определяется из уравнения:

где S — энтропия, l — длина растягиваемого образца и Т — абсолютная температура. Согласно статистической теории термодинамически равновесных высокоэластических деформаций полимеров, все особенности В. с. являются следствием теплового движения длинных и гибких цепных молекул. При достаточно быстрых деформациях, когда цепные молекулы уже не успевают изменять свою форму, а также при очень больших деформациях, когда дальнейшее распрямление молекул затруднено, полимеры утрачивают способность к высокоэластической деформации и ведут себя подобно обычным твёрдым телам.

  В. с. отличается своеобразным сочетанием свойств упругих твёрдых тел (способность к восстановлению исходной формы тела), упругих свойств газообразных тел (кинетическая природа эластичности) и общих свойств жидких тел (значения коэффициента теплового расширения, сжимаемости и др.).

  Лит.: Каргин В. А., Слонимский Г. Л., Краткие очерки по физико-химии полимеров, 2 изд., М., 1967; Тагер А. А., Физико-химия полимеров, 2 изд., М., 1969.

  Г. Л. Слонимский.