高分子材料的拉伸强度是评估其力学性能的关键指标，而玻璃化转变温度（Tg）作为高分子从玻璃态向高弹态转变的临界温度，深刻影响着材料在拉伸测试中的行为。本文从Tg的分子运动原理出发，系统分析其对拉伸强度测试的多维度影响，结合具体材料实例与测试条件，揭示二者间的内在关联。
玻璃化转变温度与高分子分子运动的关联
玻璃化转变温度是高分子材料中链段从冻结状态向自由运动状态转变的温度阈值。从分子运动角度看，当温度低于Tg时，高分子的链段（通常指由几十个单体单元组成的分子片段）因热运动能量不足，无法克服分子间作用力（如范德华力、氢键）的束缚，处于“冻结”状态；而当温度接近或超过Tg时，热运动能量足以打破这种束缚，链段开始发生旋转、滑移等运动，材料的力学状态随之从硬脆的玻璃态向柔软的高弹态转变。
这种分子运动的变化是Tg影响拉伸强度的核心逻辑——链段的运动能力直接决定了材料在拉伸过程中如何分散和承受外力。
拉伸强度的本质与测试核心逻辑
拉伸强度是高分子材料在轴向拉伸载荷下，抵抗破坏的最大标称应力，其本质反映了材料内部分子间作用力与化学键承受外力的能力。在拉伸测试中，试验机通过匀速施加拉力（通常速率为5-50mm/min），使材料依次发生弹性变形、塑性变形直至断裂，最终通过“最大载荷/试样原始横截面积”计算得到拉伸强度值。
这一指标的关键在于，材料内部的分子结构与运动状态如何响应外部拉力——而Tg正是调控这种响应的核心参数。例如，当材料处于不同温度区间（低于、接近或超过Tg）时，链段的运动状态不同，导致拉伸过程中的变形机制与破坏模式截然不同。
低于Tg温度区间的拉伸强度特征
当测试温度远低于Tg时，高分子处于玻璃态，链段无法运动，材料的变形主要由化学键的弹性形变引起。此时，拉伸过程中材料不会发生明显的塑性变形，外力直接作用于分子链与分子间作用力，因此拉伸强度较高，但断裂伸长率极低（通常<5%）。
以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，Tg约105℃）为例，在25℃（远低于Tg）测试时，其拉伸强度可达70MPa，但断裂伸长率仅2%-5%；聚苯乙烯（PS，Tg约100℃）在20℃时的拉伸强度约45MPa，断裂伸长率仅1%-3%。这种“高强度、低伸长”的特征，本质是链段冻结导致材料无法通过塑性变形释放应力，最终发生脆性断裂——断裂面通常平整、无明显塑性变形痕迹。
需注意的是，即使温度低于Tg，若材料存在缺陷（如杂质、气泡），仍可能导致拉伸强度下降——但这种下降与Tg无关，属于材料本身的质量问题。
接近Tg温度区间的拉伸强度变化
当测试温度接近Tg（通常指Tg±10℃范围内）时，高分子处于玻璃态向高弹态的过渡区，部分链段开始获得足够的热运动能量，能够发生有限的旋转或滑移。此时，拉伸过程中材料会出现“屈服”现象——即应力达到峰值后略有下降，随后进入塑性变形阶段。
这种变化的核心原因是：链段的有限运动能够分散部分外力，减少应力集中，但尚未达到完全自由运动的程度。例如，聚氯乙烯（PVC，Tg约80℃）在70℃（接近Tg）测试时，拉伸强度从25℃的50MPa降至30MPa，而断裂伸长率从10%升至30%；聚碳酸酯（PC，Tg约150℃）在145℃测试时，拉伸强度约60MPa，较25℃时的70MPa略有下降，但断裂伸长率从10%升至20%。
此区间的拉伸强度对温度变化极为敏感——即使±5℃的温差，也可能导致强度变化10%-15%。因此，测试时的温度控制精度至关重要。
高于Tg温度区间的拉伸强度衰减规律
当测试温度超过Tg后，高分子进入高弹态（非晶态）或熔融态（结晶态），链段能够自由运动甚至发生分子链间的滑移。此时，拉伸强度会随着温度升高而急剧下降——因为链段的运动降低了分子间的作用力，外力更容易使链段滑移甚至断裂。
以天然橡胶（Tg约-70℃）为例，在25℃（高弹态）时拉伸强度约25MPa；当温度升至100℃时，链段运动更加剧烈，拉伸强度降至约10MPa；若温度继续升至150℃（接近粘流态），拉伸强度可能进一步降至5MPa以下。对于结晶态高分子如高密度聚乙烯（HDPE，Tg约-120℃），虽然结晶区会限制链段运动，但当温度超过Tg时，非晶区的链段运动仍会导致拉伸强度下降——比如HDPE在25℃时拉伸强度约30MPa，在80℃时降至约20MPa。
需注意的是，结晶态高分子的拉伸强度衰减速率慢于非晶态高分子——因为结晶区的“骨架”作用能部分抵消链段运动的影响。
Tg对结晶态高分子拉伸强度的特殊影响
结晶态高分子的结构由有序的结晶区与无序的非晶区组成，其中非晶区的链段运动受Tg调控，而结晶区的分子链排列紧密，分子间作用力强，对材料的力学性能起“增强”作用。因此，Tg对结晶态高分子拉伸强度的影响，取决于非晶区的比例与结晶区的完整性。
以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，Tg约70℃）为例，当结晶度为30%时，非晶区比例较大，测试温度从25℃升至80℃（超过Tg）时，非晶区链段运动加剧，拉伸强度从60MPa降至40MPa；而当结晶度提高到60%时，结晶区的“骨架”作用增强，即使温度超过Tg，非晶区的链段运动也被结晶区限制，此时80℃的拉伸强度仍能保持在50MPa左右。
这说明，结晶度可以“缓冲”Tg对拉伸强度的影响——结晶度越高，Tg的影响越弱。因此，通过调控结晶度（如注塑时的冷却速率），可以优化结晶态高分子在不同温度下的拉伸性能。
测试条件中温度控制对Tg影响的强化
在实际拉伸测试中，温度控制的精度直接影响Tg对拉伸强度的作用效果。由于Tg附近的温度变化（即使±5℃）会显著改变链段的运动状态，若测试环境温度波动较大，可能导致同一材料的拉伸强度结果出现10%-20%的偏差。
例如，聚碳酸酯（PC，Tg约150℃）在145℃测试时，拉伸强度约60MPa；若温度升至155℃，拉伸强度可能降至45MPa——仅10℃的温差就导致强度下降25%。因此，标准拉伸测试（如GB/T 1040、ASTM D638）均要求在恒温环境（通常23℃±2℃）下进行，对于需考察Tg影响的测试，更需采用带有温度控制装置的试验机（如恒温箱、高低温环境箱），确保温度偏差≤±1℃。
此外，拉伸速率也会与温度产生协同作用——速率越快，材料的“表观Tg”越高，因为链段没有足够时间运动，导致拉伸强度偏高。因此，在考察Tg影响时，需固定拉伸速率（如5mm/min），避免速率波动干扰结果。
交联度与Tg的协同对拉伸强度的影响
交联是通过化学键将高分子链连接成三维网络结构的过程，其核心作用是限制链段的运动——交联度越高，链段越难运动，Tg也越高。因此，交联度与Tg会协同影响拉伸强度：
一、方面，交联提高了Tg，使材料在更高温度下仍保持玻璃态；另一方面，交联网络增强了分子间的作用力，提高了拉伸强度。
以环氧树脂为例，未交联的环氧树脂Tg约为100℃，25℃时拉伸强度约50MPa；当采用二乙烯三胺交联后，交联度提高，Tg升至150℃，25℃时拉伸强度升至80MPa——此时，即使测试温度升至120℃（仍低于交联后的Tg），拉伸强度仍能保持在60MPa以上，远高于未交联时的30MPa。
这种协同效应说明，通过调控交联度改变Tg，可以有效优化材料在不同温度下的拉伸强度——这也是高性能高分子材料（如耐高温环氧树脂、硫化橡胶）的设计核心之一。