ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Релаксационный характер высокоэластической деформации из "Физико-химия полимеров 1963" Как известно, релаксация — это процесс достижения состояния равновесия во времени (глава VI). Если при действии внешней силы величина деформации устанавливается не мгновенно после приложения напряжения, то говорят, что деформация носит релаксационный характер. С другой стороны, пр11 постоянной деформации может меняться во вре.мени напряжение в образце. Поэтому различают релаксацию деформации и релаксацию напряжения. [c.165] Каждой величине напряжения соответствует определенная величина равновесной деформации. Пока эта величина не достигнута, образец находится в неравновесном состоянии и ре-лаксирует. Релаксация деформации происходит и после снятия напряжения, когда образец восстанавливает свою первоначальную форму. Аналогичные явления происходят и при деформации сжатия. [c.165] Если процессы течения отсутствуют, т. е. имеет место чисто высокоэластическая деформация, то размеры образца восстанавливаются полностью, но на это может потребоваться очень длительный промежуток времени. [c.165] Таким образом, величина высокоэластической деформации зависит не только от величины приложенного напряжения, но и от времени действия силы. [c.165] Релаксационная прир.ода высокоэластической деформации была впервые раскрыта П. П. Кобеко, А. П. Александровым и Ю. С. Лазуркиным, показавшими взаимосвязь между временным характером изменения размера образца эластичного полимера и особенностями его строения. [c.166] Особенность строения полимерной цепи, как уже указывалось, заключается в том, что в полимере содержится два вида структурных элементов звенья цепи и сами цепи. Эти элементы значительно отличаются друг от друга своими размерами, а следовательно, и подвижностью. [c.166] Размеры звеньев по порядку величины подобны размерам молекул низкомолекулярных веществ. Если бы звенья не были связаны в цепи, их подвижность вследствие теплового движения была бы такой же, как у молекул низкомолекулярных жидкостей. Но поскольку звенья химически связаны в очень длинные цепи, их подвижность сильно ограничена. Однако подвижность звеньев в высокоэластическо.м состоянии еще достаточно велика, поэтому перегруппировки звеньев. могут осуществляться с заметными скоростями. Время, необходимое для таких перегруппировок, или время релаксации звеньев, составляет 10 —lO S сек, т. е. на 4—6 порядков больше, чем время релаксации в низкомолекулярных жидкостях. [c.166] Допустим, что вре.мя релаксации цепей очень велико и течение не проявляется. Пусть х — время релаксации звеньев, а I — время деформации, т. е. время, прошедшее от момента приложения силы до момента наблюдения (вре.мя действия силы). Время релаксации [согласно уравнению (2), стр. 137] зависит от величины Д(/, определяющейся химической природой полимера и плотностью упаковки макромолекул, а также от температ ры. С повышением температуры время релаксации уменьшается, т. е. вследствие увеличения интенсивности теплового движения звеньев их перегруппировки происходят быстрее. Таким образом, изменение температуры должно сказываться на скорости релаксационных процессов. [c.167] На рис. 50 показана зависимость деформации мягких вул-канизатов каучука от времени при различных тем-пература.х . Верхняя прямая соответствует равновесной высокоэластической деформации, которая в диапазоне температур от 7 до 60 °С развивается практически мгновенно. С понижением температуры время достижения равновесной деформации увеличивается, и при температуре —70° равновесная деформация прак- тическн не достигается. Из рис. 50 следует, что в том диапазоне температур, в котором проявляются высокоэластические свойства полимера, равновесное значение эластической деформации почти не зависит от температуры температура влияет лишь на скорость достижения равновесия. [c.167] Принимая бупр. и величины То и Дб постоянными, можно подсчитать значения Вобщ. Для разных времен и температур. Расчет показывает, что зависимость деформации от времени выражается серией кривых (рис. 51), аналогичных по своему характеру опытным кривым (с.м. рис. 50). [c.168] Таким образом, уравнение (18) указывает на независимость величины равновесной эластической деформации от температуры температура влияет только на скорость достижения равновесия. [c.168] На основании теоретических кривых можно построить кривые зависимости деформации от температуры для постоянного напряження, действующего в течение различного времени 1, 2, и ) Эта зависимость представлена на рис. 52. Из рисунка следует, что при низких температурах величина деформации очень мала и практически не зависит от времени действия силы. При этих температурах время релаксации намного больше времени деформации (т 0 поэтому практически сколь угодно длительный промежуток времени оказывается недостаточным для перегруппировок звеньев. При высоких температурах, наоборот, вре.мя релаксации звеньев очень мало (т СО и высокоэластическая деформация успевает развиться при любом времени воздействия, а потому величина деформации также не зависит от времени действия силы. [c.168] Зависимость деформации полимеров от времени при различных температурах Т1 Т, Тз Т, Т,). [c.169] Таким образом, представление о высокоэластической деформации как о релаксационном процессе сводится к тому, что величина наблюдаемой деформации зависит от соотношения между вре.менем релаксации и временем деформации. [c.169] Изложенные выше соображения были положены в основу прибора для измерения величины деформации материалов в зависимости от температуры при разных временах приложения нагрузки (при разных частотах деформации). [c.169] На рис. 53 показаны теоретические кривые зависимости е=/(Г) при разных частотах воздействия, а на рис. 54 — экспериментальные кривые, полученные на приборе Александрова и Гаева . Из этих рисунков следует, что при 7 = onst при мед-ленно.м деформировании образца (.малые частоты) величина деформаций значительно больше, чем при быстром деформ1 ро-вании. [c.169] Из рис. 54 видно, что экспериментальные величины равновесных высокоэластических деформаций при разных частотах воздействия не вполне совпадают. Это объясняется наличие.м не двух времен релаксации, а широкого набора времен релаксации реального полимера, соответствующих перегруппировкам звеньев и участков цепей, состоящих из различного числа звеньев. Для релаксационных процессов, происходящих в полимерах, характерно одновременное протекание, множества процессов с различными скоростями, т. е. с разными временами релаксации. [c.170] позволяющий измерять величины деформаций при различных частотах воздействия силы, имеет очень большое практическое значение. В условиях эксплуатации очень многие. материалы претерпевают мгновенную деформацию (ударные нагрузки) или многократные деформации с очень большими частота.ми воздействия. Результаты статических испытаний, полученные на обычных динамометрах, не отражают в этих случаях изменений эксплуатационных свойств изделий. Такие материалы должны испытываться в условиях, близких к эксплуатационным, т. е. при больших частотах воздействия. [c.170] Вернуться к основной статье