고분자는 인장 시험에 대해 3가지 유형으로 나뉜다.
가장 잘 부서지는 취성 폴리머,
금속 재료의 거동과 유사한 플라스틱,
그리고 완전한 탄성적 거동을 하는 탄성체.
취성 폴리머의 경우 조금만 변형시켜도 바로 인장 강도까지 올라간다.
플라스틱의 경우 항복강도까지 올라갔다
비결정질 부분에서 변형이 일어난다.
이후 점차 네킹이 형성되고 인장강도까지 올라간다.
대부분 분자량이 증가하면 인장 강도도 증가한다.
($TS = TS_{\infty} - \frac{A}{\bar{M_{n}}}$)
높은 온도에서는 점성을, 중간온도에서는 고무질 거동이 함께하는 점탄성을 가진다.
플라스틱은 네킹을 형성하면 밀도와 함께
탄성 계수, 인장 강도가 늘어나고 연성이 감소하기에 일부러 Cold drawing을 한다.
이후 annealing을 하면 반대의 효과가 나타난다.
반대로 drawing을 안한 재료에 annealing을 하면
인장계수, 항복 강도가 늘어나고 연성이 감소한다.
탄성체는 가교와 함께 엉켜있는 구조이다.
따라서 펼칠 수 있으며 가교의 존재로 이전 상태로 복구 가능하다.
그래서 탄성체를 만들기 위해 가황(vulcanization) 과정을 거치기도 하는데
황의 첨가량을 증가시키면 강도가 올라가지만,
경화되어 연신될 능력이 감소한다.
따라서 탄성체는 열경화성이다.
폴리머 재료의 설계 및 재료에서 결정화, 용융, 유리 전이 현상이 중요하다.
그중 유리 전이 현상은 비정질 또는 결정화가 불가능한 고분자가
액상으로부터 냉각될 때 비정질 분자 구조를 유지하면서 고체가 되는 현상이다.
이때 고무질에서 딱딱한 고체로 변화하는 온도를 유리 전이 온도 Tg라 한다.
냉각하는 과정에서 결정질 고체는 용융 온도에서 비부피가 불연속적으로 변화한다.
비정질 고체는 유리전이 온도까지 비푸비가 일정하게 감소하다
이후 기울기가 감소한다.
준결정질 폴리머는 사이에서 두가지 모습이 다 나타난다.
$T_{g} = 0.5~0.8T_{M}$
일반적으로 유리 전이 온도와 용융 온도는 분자 강성에 비례한다.
큰 가지가 있거나, 극성 가지가 있거나, 이중 결합 혹은 방향성 사슬이 있을수록 강성이 증가한다.
반면, 단량체의 규칙성은 용융 온도에만 관련이 있다.
결정화도가 높을수록 용융점이 높다.
비정질 폴리머는 유리전이 온도 아래의 온도에서 유리처럼 거동하며 탄성체이다.
유리전이 온도 위의 온도에서는 점성 액체로 거동한다.
반면 유리전이 온도에서는 점탄성으로 거동한다.
점탄성의 경우 가해지는 응력이 시간에 따라 변한다.
변화량은 시간에 따라 감소하고, 온도에 반비례한다.
또, 점탄성의 경우 탄성과 달리 완전히 회복되지 않는다.
열경화성 폴리머의 파괴는 잔금에 의해 시작된다.
또, 반복응력에 의한 피로에 의해서도 파괴된다.(cyclic stress)
일부 재료에 대해서는 이러한 파괴 한계가 나타나지 않는 경우도 있다.
tear strength란, 찢김에 대한 유지력을 의미한다.
경도는 재료의 긁힘, 침투 등에 대한 저항을 나타낸다.
이런저런 기계적 특성을 향상시키기 위해 고분자에 여러 첨가제를 합성한다.
충진제는 인장 및 압축 강도, 마찰 저항성 등을 향상시키고 가격을 낮춘다.
대표적 예시로 유리 전이 온도를 낮추는 가소제(부드럽게)와
산화방지 혹은 UV 차단 가능한 안정화제 등이 있다.
가소제는 재료의 유연성, 연성 및 인성을 향상시키고 경도와 강성을 감소시킨다.
사슬 사이의 공간을 넓히기 때문이다.
안정화제는 열화과정을 억제시키는 데에 사용된다.
이외에도 윤활제, 착색제, 방염제 등이 있다.