Механические свойства полимеров во многих отношениях принципиально отличаются от свойств металлов. Большинство из этих различий можно связать с характерными особенностями структуры этих двух классов материалов. Основная отличительная черта полимеров состоит в том, что их молекулы представляют собой длинные цепи ковалентно связанных атомов. Один из простейших примеров — полиэтилен, молекулы которого состоят из повторяющихся единиц СН2, его получают полимеризацией этилена СН2=СН2. Поликонденсационные полимеры получают при взаимодействии бифункциональных молекул с выделением воды, к ним относятся, например, полиэтилентерафталат и нейлон.

Все это — примеры линейных полимеров, в которых мономерные звенья образуют одну непрерывную нить и каждая молекулярная цепь химически не связана с остальными. Встречаются и более сложные структуры.

У некоторых полимеров цепи соединены друг с другом в нескольких точках и образуют сшитые (сетчатые) структуры, как это имеет место в термореактивных материалах, таких, как эпоксидные и полиэфирные смолы, бакелит и т. п. Еще одним случаем усложнения структуры является разветвленность цепей, когда из нескольких точек главной цепи начинаются вторичные цепи. В полиэтилене низкой плотности, в отличие от линейного полиэтилена высокой плотности, на каждую молекулу в среднем приходится одна длинная боковая цепь и значительное число коротких ответвлений.

Присутствие этих точек ветвления приводит к значительным различиям механических свойств полиэтиленов высокой и низкой плотности. Полимер обычно состоит из молекулярных цепей различной длины.

Молекулярно-массовое распределение (ММР) в значительной мере определяет свойства полимеров. До появления метода гельпроникающей хроматографии ММР определяли довольно трудоемкими приемами фракционирования. В большинстве случаев ограничивались определением различных усредненных значений молекулярных масс: среднечисловой и средневековой, которые измеряли в разбавленных растворах осмометрическим методом или методом светорассеяния соответственно.

При оценке прочностных свойств полимерных материалов широко используется комплекс показателей, происхождение которых связано с развитием методов испытаний металлов. Измерение этих показателей основано на определении характерных точек на диаграмме растяжения образцов (вплоть до разрушения) в условиях постоянной скорости растяжения или постоянной скорости относительной деформации.

Понятно, что получаемые при некоторых нормализованных условиях испытаний технические оценки являются относительными: они позволяют дать оценку свойствам материала по сравнению с другими и указать основной характер влияния режима деформирования на условия разрушения материала. Очень часто, говоря о технических характеристиках твердого полимера, не принимают во внимание его молекулярную массу и в особенности ММР. Однако это справедливо только по отношению к достаточно высокомолекулярным образцам, когда перестает сказываться влияние концов цепей на свойства материала. Молекулярно-массовое распределение играет определяющую роль в реологических свойствах.

Оно может оказывать влияние на механические свойства твердого полимера косвенно, предопределяя его конечную физическую структуру. В настоящее время уже обнаружена прямая корреляция между молекулярными характеристиками полимеров, их вязкоупругими свойствами и долговечностью, а также стойкостью к ударным нагрузкам. Общепринятым является разделение полимеров на две основные группы: термопластичные и термореактивные полимеры; резкое различие их свойств является отражением различия их структурных характеристик.

Механическое поведение полимеров существенно зависит от скорости деформирования. Развивающиеся при этом деформации могут быть весьма большими. Во многих случаях они оказываются полностью обратимыми при снятии нагрузки или нагревании материала.

Характерным для полимеров является резкое различие сил взаимодействия вдоль цепи (валентная связь) и между цепями межмолекулярная). Наиболее общими связями между молекулами являются ван-дер-ваальсовые силы. Они изменяются пропорционально шестой-восьмой степеням расстояния между молекулами и являются поэтому менее прочными.

Более прочные межмолекулярные связи — водородные. Прочные (валентные) связи образуются у полимеров сетчатого строения. У полимеров, не имеющих поперечных связей, важную роль играет межмолекулярное взаимодействие.

При низкой температуре эти вторичные связи могут быть достаточно сильными, и материал оказывается жестким и сравнительно хрупким; его поведение во многом напоминает поведение органических стекол. При высоких температурах тепловая энергия достаточно велика для разрушения вторичных связей, молекулярные цепи легко проскальзывают одна относительно другой, и материал ведет себя подобно вязкой жидкости.

Если полимер, имеющий соответствующую структуру, охладить с достаточно малой скоростью, молекулярные цепи могут расположиться таким образом, что при этом образуются локальные кристаллические области, которые в дальнейшем будут препятствовать относительному проскальзыванию. Благодаря этому кристаллические полимеры имеют повышенную жесткость, а их вязкое течение невозможно до достижения точки плавления кристаллитов. В аморфных полимерах вязкое смещение (течение) цепей также ограничено поперечными связями; в то же время эластомеры и каучуки обладают слабыми поперечными связями, они могут испытывать при комнатной температуре весьма большие обратимые упругие деформации — примерно до 800%. Заметим, что и некоторые другие полимеры могут проявлять свойства эластомеров в определенных температурных интервалах.

Чем больше молекулярных цепей сшито (связано в сетки), тем более жестким оказывается материал. Так как поперечные связи и соответствующая сетчатая структура возникают обычно в процессе термического отверждения, можно полагать, что каучуки не являются термопластичными полимерами в строгом смысле этого слова, и их следует рассматривать как третью основную группу материалов.