На главную

Статья по теме: Гуковских деформаций

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

Механические свойства и закономерности деформации частично закристаллизованных полимеров определяются природой кристаллических областей, которая может обусловить преимущество механизма гуковских деформаций. В этом случае закономерности деформации полимера приблизятся к соответствующим закономерностям твердых кристаллических тел (например, металлов). При гуковских деформациях почти не изменяется положение элементов структуры; если же изменение все-таки происходит, то этот процесс их перемещения протекает очень быстро. Поэтому релаксационные процессы в таких полимерах тоже протекают быстро и их влияние на основные закономерности деформации очень мало. Если процессы кпистяллизянии r полимепах ппотекяют ппи их пеЛопмипо-вании, что требует значительного времени для перестройки старой и формирования новой структуры, то релаксационные явления должны уже учитываться при изучении свойств таких полимеров.[2, С.90]

Механические свойства и закономерности деформации частично закристаллизованных полимеров определяются природой кристаллических областей, которая может обусловить преимущество механизма гуковских деформаций. В этом случае закономерности деформации полимера приблизятся к соответствующим закономерностям твердых кристаллических тел (например, металлов). При гуковских деформациях почти не изменяется положение элементов структуры; если же изменение все-таки происходит, то этот процесс их перемещения протекает очень быстро. Поэтому релаксационные процессы в таких полимерах тоже протекают быстро и их влияние на основные закономерности деформации очень мало. Если процессы кристаллизации в полимерах протекают при их деформировании, что требует значительного времени для перестройки старой и формирования новой структуры, то релаксационные явления должны уже учитываться при изучении свойств таких полимеров.[3, С.90]

В высокоэластическом состоянии наиболее полно реализуется подвижность сегментов макромолекул, причем взаимное расположение макромолекул при воздействии внешних усилий на полимер не изменяется. Таким образом в этом состоянии можно наблюдать протекание релаксационных процессов, не осложненных течением макромолекул или гуковской деформацией. Деформации полимеров в высокоэластическом состоянии являются большими и обратимыми, а их обратимость, в отличие от гуковских деформаций протекает в течение длительного времени.[2, С.99]

В высокоэластическом состоянии наиболее полно реализуется подвижность сегментов макромолекул, причем взаимное расположение макромолекул при воздействии внешних усилий на полимер не изменяется. Таким образом в этом состоянии можно наблюдать протекание релаксационных процессов, не осложненных течением макромолекул или гуковской деформацией. Деформации полимеров в высокоэластическом состоянии являются большими и обратимыми, а их обратимость, в отличие от гуковских деформаций протекает в течение длительного времени.[3, С.99]

Аналогичное влияние на повышение предела вынужденной эластичности и температуру хрупкости оказывает и повышение скорости деформации. При снижении времени действия силы на полимер (повышение скорости действия силы) участки макромолекул с малой подвижностью не успевают перегруппироваться и сопротивление действующему усилию оказывает прежняя флуктуационная сетка стеклообразного полимера. Поэтому предел вынужденной эластичности растет, а область вынужденноэластической деформации сокращается. Наконец, при некоторой высокой скорости деформации релаксационные процессы вообще не успевают пройти за короткое время действия силы и полимер разрушается в области гуковских деформаций, т. е. как хрупкий материал. В соответствии с принципом температурно-временной суперпозиции повышение скорости действия силы эквивалентно понижению температуры. Это значит, что увеличение скорости деформирования стеклообразного полимера при данной температуре приведет к снижению вынужденноэластической деформации, повышению предела вынужденной эластичности и к возрастанию хрупкости полимера.[2, С.112]

Аналогичное влияние на повышение предела вынужденной эластичности и температуру хрупкости оказывает и повышение скорости деформации. При снижении времени действия силы на полимер (повышение скорости действия силы) участки макромолекул с малой подвижностью не успевают перегруппироваться и сопротивление действующему усилию оказывает прежняя флуктуацконная сетка стеклообразного полимера. Поэтому предел вынужденной эластичности растет, а область вынужденноэластической деформации сокращается. Наконец, при некоторой высокой скорости деформации релаксационные процессы вообще не успевают пройти за короткое время действия силы и полимер разрушается в области гуковских деформаций, т. е. как хрупкий материал. В соответствии с принципом температурно-временной суперпозиции повышение скорости действия силы эквивалентно понижению температуры. Это значит, что увеличение скорости деформирования стеклообразного полимера при данной температуре приведет к снижению вынужденноэластической деформации, повышению предела вынужденной эластичности и к возрастанию хрупкости полимера.[3, С.112]

Одноосное растяжение пленок на динамометре типа Поляни дало возможность установить температуру стеклования полипропилена динамическим методом. В опытах использовали пленки, полученные прессованием под давлением 50 кГ/см? при температуре 170°. Образцы штамповали с размерами рабочей части 10 х 2 мм. Скорость растяжения во всех случаях была 0,083 см/сек. Результаты испытаний представлены на рис. 4 и 5, где по оси абсцисс отложена относительная деформация в процентах, а по оси ординат — величина напряжения, отнесенная к исходному сечению образца (о). Все неориентированные кристаллические полимеры ниже температуры стеклования претерпевают разрыв в области малых гуковских деформаций. Выше этой температуры, когда возможна перестройка структуры и ориентации цепей в направлении действующей силы, появляются заметные удлинения (см. рис. 4); им отвечают горизонтальные участки кривых, соответствующие возникновению «шейки», т. е. переходу образца в ориентированное состояние. С возрастанием температуры проявляется характерная для изделий из полипропилена прочность порядка 400 кГ/см* и удлинения приблизительно 300%.[1, С.135]

Если скорости деформации и сокращения малы и в каждый момент времени структура полимера является равновесной, то, как уже говорилось, гистерезис мал либо вообще отсутствует. Если же скорость деформации велика и в каждый момент времени макромолекулы не успевают перестраиваться, то деформация их очень мала и имеет в основном гуковскую природу, т. е. меняются расстояния между элементами структуры и отсутствует их перегруппировка. В этом случае деформации при растяжении и сокращении также близки по значениям, но очень малы. Петля гистерезиса в этом случае тоже либо мала, либо не появляется. Отсюда можно сделать вывод, что площадь петли гистерезиса максимальна при какой-то промежуточной скорости деформирования, когда время действия силы сравнимо с временем релаксации системы. Аналогично зависит площадь петли гистерезиса от температуры при данной скорости деформации. При низких температурах (ниже температуры стеклования) гистерезисные потери малы вследствие развития в основном гуковских деформаций. При высоких температурах потери малы вследствие высокой кинетической подвижности элементов структуры, обеспечивающей равновесный характер деформации (область развитого высокоэластического состояния на термомеханической кривой, см. гл. III). В промежутке, т. е. в области, переходной от стеклообразного к высокоэластическому состоянию, гистерезисные потери растут и достигают максимума при той тем-[2, С.101]

Если скорости деформации и сокращения малы и в каждый момент времени структура полимера является равновесной, то, как уже говорилось, гистерезис мал либо вообще отсутствует. Если же скорость деформации велика и в каждый момент времени макромолекулы не успевают перестраиваться, то деформация их очень мала и имеет в основном гуковскую природу, т. е. меняются расстояния между элементами структуры и отсутствует их перегруппировка. В этом случае деформации при растяжении и сокращении также близки по значениям, но очень малы. Петля гистерезиса в этом случае тоже либо мала, либо не появляется. Отсюда можно сделать вывод, что площадь петли гистерезиса максимальна при какой-то промежуточной скорости деформирования, когда время действия силы сравнимо с временем релаксации системы. Аналогично зависит площадь петли гистерезиса от температуры при данной скорости деформации. При низких температурах (ниже температуры стеклования) гистерезисные потери малы вследствие развития в основном гуковских деформаций. При высоких температурах потери малы вследствие высокой кинетической подвижности элементов структуры, обеспечивающей равновесный характер деформации (область развитого высокоэластического состояния на термомеханической кривой, см. гл. III). В промежутке, т. е. в области, переходной от стеклообразного к высокоэластическому состоянию, гистерезисные потери растут и достигают максимума при той тем-[3, С.101]

то при данном действующем напряжении будет развиваться большая деформация полимера (горизонтальный участок кривой, область //) —порядка сотен процентов. В районе перехода от области / к области // появляется характерный максимум, соответствующий нулевой скорости изменения напряжения в образце полимера. Это происходит вследствие разрушения флуктуационной сетки, существовавшей в полимере до этого перегиба, и начала формирования новой флуктуационной сетки выпрямляемых в направлении растяжения макромолекул. Такое явление называется вынужденной эластичностью, так как высокоэластические деформации здесь возникают под действием больших напряжений. Деформация аморфного полимера в области вынужденной эластичности связана с выпрямлением макромолекул и в корне отличается от холодной текучести металлов, которая происходит вследствие нарушения взаимного расположения элементов структуры, связана с преодолением сил главных химических валентностей и является необратимой. После выпрямления и ориентации в направлении действия силы вынужденная эластичность завершается, и вновь начинается область гуковских деформаций (///). Однако здесь напряжения уже резко возрастают, так как возросли суммарные силы межмолекулярного взаимодействия между выпрямленными макромолекулами (количество пустот резко уменьшилось) и вскоре образец разруша-[2, С.111]

то при данном действующем напряжении будет развиваться большая деформация полимера (горизонтальный участок кривой, область //) —порядка сотен процентов. В районе перехода от области / к области // появляется характерный максимум, соответствующий нулевой скорости изменения напряжения в образце полимера. Это происходит вследствие разрушения флуктуационной сетки, существовавшей в полимере до этого перегиба, и начала формирования новой флуктуационной сетки выпрямляемых в направлении растяжения макромолекул. Такое явление называется вынужденной эластичностью, так как высокоэластические деформации здесь возникают под действием больших напряжений. Деформация аморфного полимера в области вынужденной эластичности связана с выпрямлением макромолекул и в корне отличается от холодной текучести металлов, которая происходит вследствие нарушения взаимного расположения элементов структуры, связана с преодолением сил главных химических валентностей и является необратимой. После выпрямления и ориентации в направлении действия силы вынужденная эластичность завершается, и вновь начинается область гуковских деформаций (///). Однако здесь напряжения уже резко возрастают, так как возросли суммарные силы межмолекулярного взаимодействия между выпрямленными макромолекулами (количество пустот резко уменьшилось) и вскоре образец разруша-[3, С.111]

Полный текст статьи здесь



ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА СТУДЕНТАМ!!!
Задачи по теоретической механике из сборника курсовых работ под редакцией А.А. Яблонского, Кепе, Диевского. Быстро, качественно, все виды оплат, СМС-оплата.
А также: Готовые решения задач по теормеху из методичек Тарга С.М. 1988 и 1989 г. и задачника Мещерского. Решение любых задач по термеху на заказ.
Если Вам нужны решения задач по Физике из методички Чертова А.Г. для заочников, а также решебнки: Прокофьева, Чертова, Воробьёва и Волькинштейна. Решение любых задач по физике и гидравлике на сайте fiziks.ru
Что самое приятное на любом из этих сайтов Вы можете заказать решение задач по другим предметам: химия, высшая математика, строймех, сопромат, электротехника, материаловедение, ТКМ и другие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каргин В.А. Избранные труды структура и механические свойства полимеров, 1979, 452 с.
2. Михайлов Н.В. Основы физики и химии полимеров, 1977, 248 с.
3. Кулезнёв В.Н. Основы физики и химии полимеров, 1977, 248 с.

На главную