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作為保護(hù)層的涂料，經(jīng)常受到各種力的作用，如摩擦、沖擊、拉伸等，因此要求漆膜有必要的力學(xué)性能。為了評價漆膜的力學(xué)性質(zhì)，涂料工業(yè)本身發(fā)展了一系列測試方法，但這些方法只能提供具體材料性能優(yōu)劣的數(shù)據(jù)，而不能給出漆膜力學(xué)性能的規(guī)律、特點(diǎn)及其與漆膜結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。另一方面，由于聚合物材料的廣泛應(yīng)用，有關(guān)聚合物材料的力學(xué)性質(zhì)已進(jìn)行了廣泛而深入的研究，涂料也是一種聚合物材料，且包括了聚合物材料的各種形式，如熱塑性材料，熱固材料、復(fù)合材料、聚合物合金等等，因此用已有的聚合物材料學(xué)的知識來了解和總結(jié)漆膜力學(xué)性質(zhì)是很有意義的。但是，涂料和塑料、橡膠、纖維等典型的聚合物材料又有不同，漆膜的性能是和底材密切聯(lián)系的，換言之，聚合物材料的規(guī)律和理論只和自由漆膜的性質(zhì)有直接關(guān)聯(lián)。如何將自由漆膜與附著在底材上的實(shí)際漆膜的性能聯(lián)系起來，仍是一個需要研究的課題，但無論如何，有關(guān)自由漆漆膜是和底材結(jié)合在一起的，因此漆膜和底材之間的附著力對漆膜的應(yīng)用性能同樣有重要影響。附著力的理論和規(guī)律是粘合劑研究的重要課題，因此涂料和粘合劑有著密切的關(guān)系，粘合劑的理論對于涂料同樣有重要的參考價值。

    1、無定型聚合物力學(xué)性質(zhì)的特點(diǎn)

    材料的力學(xué)性質(zhì)主要是指材料對外力作用響應(yīng)的情況。當(dāng)材料受到外力作用，而所處的條件使它不能產(chǎn)生慣性移動時，它的幾何形態(tài)和尺寸將產(chǎn)生變化，而幾何尺寸變化的難易又與材料原有的尺寸有關(guān)，用原有尺寸除以受力后的形變尺寸就稱為應(yīng)變。材料發(fā)生應(yīng)變時，其分子間和分子內(nèi)的原子間的相對位置和距離便要發(fā)生變化。由于原子和分子偏離原來的平衡位置，于是產(chǎn)生了原子間和分子間的回復(fù)內(nèi)力，它抵抗著外力，并傾向恢復(fù)到變化前的狀態(tài)。達(dá)到平衡時，回復(fù)內(nèi)力與外力大小相等，方向相反。定義單位面積上的回復(fù)內(nèi)力為應(yīng)力，其值與單位面積上的外力相等。產(chǎn)生單位形變所需的應(yīng)力稱為模量。

    模量=應(yīng)力/應(yīng)變

    根據(jù)外力形式不同，如拉伸力、剪切力和靜壓力，模量分別稱為楊氏模量、剪切模量和體積模量。從材料的觀點(diǎn)來看，模量是材料抵抗外力形變能力，它與材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，是材料最重要的參數(shù)。

    ①模量與溫度的關(guān)系

    將無定形聚合物材料的模量與溫度作圖，可得如下圖的典型曲線。在T＜Tg的低溫下模量很高（109帕斯卡數(shù)量級），這便是玻璃態(tài)的聚合物的特征。當(dāng)溫度升高到T≥Tg時，模量急劇下降，然后又到達(dá)一個平臺（模量為107帕斯卡數(shù)量級）這時材料模量較低，容易變形，變成橡膠狀具有彈性，通常稱為高彈態(tài)或橡膠態(tài)。玻璃態(tài)與高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度便是玻璃化溫度Tg。當(dāng)溫度進(jìn)一步升到足以使分子間的相對運(yùn)動速度與觀察時間相當(dāng)時，便進(jìn)入粘流態(tài)，即液態(tài)。高彈態(tài)和玻璃態(tài)被稱為固態(tài)。玻璃態(tài)的高聚物力學(xué)性質(zhì)還可隨溫度的高低分為“硬”玻璃態(tài)和“軟”玻璃態(tài)兩個區(qū)，兩個區(qū)的分界溫度稱為脆折溫度Tb。低于Tb溫度時，聚合物材料是脆性的；高于Tb的玻璃態(tài)聚合物材料具有延展性或稱韌性，外力作用下可發(fā)生較大的形變，除去外力，試樣的大形變不能完全回復(fù)，除非將試樣升溫至Tg以上。這種在軟玻璃態(tài)發(fā)生的大形變稱為強(qiáng)迫高彈形變，它和在高彈態(tài)發(fā)生的高彈形變本質(zhì)上是相同的。在Tb以下只能發(fā)生普彈形變，若外力過大，便發(fā)生脆裂。漆膜的使用最低溫度應(yīng)高于Tb。

漆膜的力學(xué)性質(zhì)與附著力

②粘彈性與力學(xué)松弛

    一個理想的彈性體，受外力作用，平衡形變是瞬時達(dá)到的，與時間無關(guān)（普彈形變）；一個理想的粘流體，受外力作用，形變隨時間而變化；無定形聚合物材料介于兩者之間，屬粘彈性材料。由于聚合物的鏈段運(yùn)動和鏈的整體運(yùn)動都需要一定的時間，因此聚合物在受外力作用時，不能立即到達(dá)平衡，形變的建立需要一定的時間，當(dāng)外力保持恒定時，形變隨時間的延長而增大，這種現(xiàn)象叫做蠕變。形變發(fā)生以后，撤除外力，聚合物材料不能立刻回復(fù)到無應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力的消除也需要時間，因此聚合物材料的力學(xué)性能往往同它的“歷史”有關(guān)。另一方面，如果使聚合物的形變固定不變，可以觀察到其應(yīng)力隨作用時間的延長而下降，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。蠕變和應(yīng)力松弛都屬于力學(xué)松弛，即力學(xué)性質(zhì)隨時間而改變。右圖是不同材料在恒定應(yīng)力下形變與時間的關(guān)系。從圖中可以看出，交聯(lián)聚合物和線性聚合物都屬粘彈形變，但也有不同。線性聚合物由于分子間沒有化學(xué)交聯(lián)而可相對滑移，產(chǎn)生粘性流動（或稱塑性形變），一旦產(chǎn)生粘性流動，形變不同材料在恒定應(yīng)力下形變與時間的關(guān)系便不能恢復(fù)；交聯(lián)的聚合物則因分子間互相牽制，其形變在外力撤銷后可逐漸恢復(fù)。力學(xué)松弛和溫度有關(guān)，它在材料的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)表面得最為明顯。力學(xué)松弛也和時間有關(guān)，如果固定溫度，以模量對作用時間作圖，也可得到如上‘無定形聚合物的溫度-模量曲線圖’那樣的曲線。因此，對于聚合物材料來說，延長作用時間和提高溫度有相似的效果。已經(jīng)證明，作用時間和溫度之間可以進(jìn)行等效的交換，利用這種等效應(yīng)性，可以根據(jù)較高溫度下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來推斷很長作用時后的聚合物材料的力學(xué)性能。