ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Продольная вязкость полимерных систем из "Физико-химия полимеров 1978" Очень важную информацию о механических свойствах и природе полимерных систем в текучем состоянии дают динамические методы исследования, при использовании которых полимеры подвергаются циклическому деформированию. Обычно применяется деформирование (или нагружение) по колебательному гармоническому режиму, когда деформация и напряжение изменяются синусоидально. При этом амплитуда, т. е. величина деформаций, должна быть так мала, чтобы не изменялась структура полимера. Продолжительность циклов (периодов Т — величин, обратных частоте со) варьируется в широком интервале, охватывающем многие десятичные порядки. [c.231] При динамических измерениях определяют энергию, запасаемую в полимере и обратимо отдаваемую им в каждом полуцикле (рис. 8.13). Мерой этой энергии служит модуль накопления упругой деформации, или просто модуль накопления О. Одновременно определяется сопротивление полимера деформированию, обусловленное диссипацией энергии — переходом некоторой части работы деформирования в тепло за каждый цикл. Эта часть сопротивления тела деформированию характеризуется модулем потерь О . [c.232] Отношение С 10 называется тангенсом угла механических потерь 6, так как именно вследствие диссипативных потерь в каждом цикле происходит сдвиг деформации относительно напряжения на некоторый фазовый угол, тем больший, чем больше потери (см. стр. 151). Модуль потерь и модуль накопления выражаются в Па. [c.232] Общее сопротивление полимерной системы циклическим деформациям определяется как накоплением упругой энергии, так и диссипативными потерями, что характеризуется комплексным модулем, который, следовательно, зависит и от модуля накопления, и от модуля потерь. Абсолютная величина комплексного модуля I С I = V(ОУ + Он выражается в Дж/м = Н/м = Па, т. е. так же, как и модули накопления и потерь. Комплексный модуль имеет тот же самый физический смысл, что и напряжение сдвига при установившемся течении полимерных систем, так как его значение зависит от сопротивления внутреннему трению (диссипативные потери) и сопротивления развитию высокоэластической деформации. [c.233] Смысл понятия вязкости в циклических деформациях подобен понятию вязкости, которое обсуждалось выше для непрерывного деформирования, а именно абсолютное значение комплексной вязкости численно равно отношению абсолютного значения комплексного модуля к циклической частоте. Оно подобно соотношению т] = (Тт/у. Иногда используют понятие динамической вязкости г г= 0 /со. Величины 1т1 и имеют те же размерности, что и коэффициент вязкости в уравнении Ньютона. [c.233] Как видно, соотношения (8.21) и (8.22) строго справедливы при со и у, стремящихся к нулю. При конечных значениях м и у эти соотношения оправдываются в тем более широком диапазоне частот и скоростей деформации, чем уже ММР у высокомолекулярных линейных полимеров. В случае монодисперсных высокомолекулярных полимеров они справедливы почти во всем диапазоне скоростей сдвига до срыва. Динамические измерения при достаточно низких частотах позволяют в одном опыте определить совокупность начальных значений важнейших реологических параметров. [c.233] Важно отметить, что динамические характеристики механических свойств полимеров во многом подобны их диэлектрическим характеристикам (см. гл. 9). [c.234] Здесь Х — коэффициент пропорциональности, называемый продольной вязкостью, он измеряется в тех же единицах, что и коэффициент вязкости в уравнении Ньютона. Трутон нашел, что К = 3t]. [c.235] Для вязкоупругих сред уравнение (8.25) и указанное b hi соотношение между продольной и сдвиговой вязкостью строго справедливы при напряжениях, стремящихся к нулю. Отвечающая этому условию вязкость называется начальной ( о)- Практически постоянство продольной вязкости, т. е. равенство ее значению Яо для линейных высокополимеров удовлетворяется в тем более широком интервале напряжений и скоростей деформации, чем уже ММР. Энергия активации течения полимеров в поле продольного градиента скоростей не отличается от ее значения для сдвига. [c.235] Наиболее простым при деформировании оказывается поведение высокомолекулярных линейных полимеров с узким ММР. При ско ростях деформации ниже критической могут быть реализованы установившиеся режимы течения с вязкостью, равной ее начальному значению. Каждому такому режиму соответствует определенная величина квазиравновесной высокоэластической деформации, возрастающей со скоростью деформации. [c.235] При растяжении полимеров, когда Р Ркрит характерными параметрами являются предельные — наивысшие значения напряжений (пределы прочности) и обратимых деформаций, а также времена с момента начала деформирования до разрыва (долговечность) образцов, т. е. разрывные характеристики. С повышением скорости деформаций пределы прочности и разрывные деформации возрастают, а долговечность быстро снижается. В зависимости от задаваемых скоростей деформаций или напряжений пределы прочности составляют от десятых долей до 5—10 МПа, предельные деформации могут достигать нескольких сотен процентов, долговечность изменяется от многих часов до малых долей секунды. Связь между пределом прочности и долговечностью (временем до разрыва) определяется степенным уравнением (7.12), т. е. так же, как и для структурированных полимеров (резин). Влияние температуры на разрывные характеристики определяется ее влиянием на начальную вязкость. Это однозначно свидетельствует о том, что в вынужденном высокоэластическом состоянии прочностные свойства и процесс разрыва полимеров определяются их релаксационными характеристиками. В отличие от того, что известно для кристаллических и стеклообразных полимеров в вынужденном высокоэластическом состоянии процессы разрыва макроцепей, образования свободных радикалов и соответственное снижение молекулярной массы имеют пренебрежимо малое значение. [c.236] В полимолекулярпых образцах полимеров с увеличением скорости деформации высокоэластическая деформация может очень сильно возрастать, но разрыва образца не происходит, так как остальная часть полимера еще остается в текучем состоянии. Это вызывает повышение податливости с расширением ММР и приводит к тому, что переход полимеров из одного физического состояния в другое растягивается на ббльшие интервалы скоростей деформаций и напряжений, замедляется снижение текучести при повышении скоростей деформаций. За пределами очень низких скоростей связь между одноосным растяжением и простым сдвигом становится очень сложной. [c.236] Каргиным и Соголовой [28]. При дальнейшем деформировании проявляется разрушение пространственной сетки макромолекул, что вызывает появление максимума, а затем уменьшение вязкости до постоянной величины, соответствующей условиям установившегося течения. Однако из рисунка видно, что это уменьшение вязкости не компенсирует ее возрастание в начальной стадии деформирования. Чем больше скорость деформации, тем больше общее увеличение вязкости. При высоких скоростях деформирования высокоэластическая деформация развивается очень интенсивно, и ориентационный эффект становится настолько сильным, что развитие течения замедляется и полимер разрушается. [c.237] Вернуться к основной статье