Практикум по химии и физике полимеров - Аввакумова Н.И.
ISBN 5—7245—0165—1
Скачать (прямая ссылка):
Деформационные свойства полимеров зависят также от кинетической гибкости макромолекул. Гибкость макромолекул определяется не только их химическим строением, но и существенно зависит от температуры. С повышением температуры понижается модуль упругости, разрушающее напряжение и предел текучести, а относительное удлинение возрастает (за исключением области температур, близких к температуре текучести или плавления полимеров) (см. рис. 8.2).
Гибкость макромолекул зависит также и от плотности упаковки макромолекул. Рыхлая упаковка облегчает изменение конформации макромолекул и способствует проявлению вынужденной эластичности у стеклообразных аморфных полимеров. Плотность упаковки макромолекул в значительной степени за-
11—1189
161
висит от степени разветвленности макромолекул, Увеличение степени разветвленности до некоторого предела облегчает протекание процесса вынужденной эластичности, но, как правило, отрицательно сказывается на величине полного относительного удлинения. Плотность упаковки кристаллических полимеров в основном определяется степенью кристалличности. Уменьшение степени кристалличности способствует проявлению вынужденной эластичности. Деформационные свойства кристаллических полимеров зависят также от влияния структуры кристаллических образований. Уменьшение размеров надмолекулярных кристаллических образований в полимере облегчает процесс вынужденной эластичности. Однако следует отметить, что ни степень кристалличности, ни размер кристаллических образований практически не влияют на максимально достижимое относительное удлинение, они лишь упрощают или ужесточают требования к условиям ее достижения.
Деформационные свойства полимеров зависят от их структуры, которая в свою очередь определяется методом переработки (из раствора, расплава) и условиями изготовления изделий из полимеров (температурно-временной режим, давление и др.). Поэтому к условиям формования образцов предъявляются вполне определенные требования.
Все полимерные материалы при длительном воздействии внешних сил разрушаются при напряжениях, которые значительно меньше напряжений, возникающих при быстром воздействии силы. Это означает, что сопротивление разрыву зависит от времени действия силы. Время от момента приложения силы до момента разрыва образца называется долговечностью материала. Зависимость логарифма долговечности от приложенного напряжения для различных материалов выражается прямой линией. Увеличение нагрузки приводит к уменьшению долговечности. Таким образом, <аР — это удельная нагрузка на материал, при которой его долговечность близка к нулю.
Одной из особенностей поведения полимеров при деформировании является релаксационный характер реакции полимера на механическое воздействие, выражающийся в зависимости деформаций и напряжений от скорости (частоты) воздействия. Если скорость деформации очень высока (удар), то развития вынужденно-эластической деформации не происходит, сравнительно невелика и деформация эластомера. При очень малых скоростях деформирования вынужденно-эластическая деформация проявляется даже у жесткоцепных полимеров. Это обусловлено неравновесным характером процесса деформации. Выведенные действием нагрузки из равновесного состояния макромолекулы стремятся вернуться в это состояние, для чего необходимо время, которое определяется подвижностью макромолекул. С возрастанием скорости деформации увеличивается уда-
ленность макромолекул от ])авновесного состояния. При этом затрудняются их дальнейшие конформационные превращения под действием внешних сил, а следовательно, осложняется процесс деформации.
Таким образом, деформационные свойства одного и того же полимера зависят от целого ряда факторов: предыстории, температуры испытаний, скорости приложения деформации, продолжительности воздействия нагрузки и др. Следовательно, деформационная характеристика полимера — величина весьма относительная, зависящая от многих факторов. Условия изготовления образцов, их кондиционирования и проведения эксперимента оговариваются в ГОСТ или в ТУ на данный полимер или в ГОСТ на данное испытание.
Большое число факторов, влияющих на деформационные свойства полимеров, а также несовершенство измерительной техники вызывает естественный разброс результатов измерений. Поэтому на практике испытания проводят несколько раз и за окончательный результат принимают среднее арифметическое значение определяемого показателя,
РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Установление равновесного состояния в системе происходит во времени. Это время называется временем релаксации. Релаксация—это процесс установления статистического равновесного состояния в системе. На практике о времени релаксации судят по тому, с какой скоростью макроскопические величины, характеризующие состояние системы (о, е, E и др.), приближаются к своим равновесным значениям. Например, время релаксации можно оценивать по времени достижения максимальной деформации образцом под действием постоянной нагрузки или по времени снятия напряженности в образце, подвергнутому деформации — релаксации напряжения.
