ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика вынужденно-эластической деформации из "Деформация полимеров" Теория механических (деформационных) свойств полимеров развивалась по пути установления молекулярной природы того или иного вида деформации, и лишь затем привлекались кинетические представления. Так случилось с учением о высокоэластической деформации, а впоследствии и с учением о вынужденно-эластической деформации. Понять существо процесса без привлечения кинетики его развития невозможно. [c.137] Физически правильнее говорить о зависимости скорости развития деформации любого вида от напряжения. Для обычных вязких жидкостей, подчиняющихся закону Ньютона, зависимость скорости деформирования от напряжения выражена гораздо слабее, чем для металлов при низких температурах. Это вполне понятно, так как зависимость предельных напряжений от скорости деформирования носит обратный характер. [c.138] Скорость течения идеальных вязких жидкостей пропорциональна напряжению и определяется, главным образом величиной вязкости. Вязкость в данном случае — константа материала, не зависящая от напряжения, но резко изменяющаяся с температурой. Наоборот, скорость пластического течения металлов при низких температурах слабо зависит от температуры, но очень сильно зависит от напряжения. Поэтому роль процессов, связанных с тепловым движением, сводится к минимуму. [c.138] Изучение кинетики развития деформации и температурных зависимостей Стдэ помогает познать природу рассматриваемых явлений. На практике таким образом изучают влияние температуры и скорости деформирования на предел вынужденной эластичности. [c.138] Подобные измерения проведены Ю. С. Лазуркиным для многих полимеров, находящихся в стеклообразном состоянии. В отличие от металлов полимерные тела обнаруживают существенную зависимость предела вынужденной эластичности от скорости механического воздействия. Это еще раз свидетельствует о коренном отличии характера деформаций металлов (пластические) от деформации полимеров (вынужденно-эластические). Кривые растяжения полиметилметакрилата при разных скоростях растяжения приведены на рис. П. 10. [c.138] Уравнение (11.4) справедливо для интервала скоростей, охватывающих несколько порядков (рис. 11.11). [c.139] На основании уравнения (И.8) легко найти аналитическую зависимость между пределом вынужденной эластичности и скоростью деформирования. Предварительно можно сделать некоторые заключения о форме кривых растяжения (или сжатия). [c.140] Уравнение (11.16) определяет характер зависимости предела вынужденной эластичности как от скорости деформирования, так и от температуры. В частности, оно дает приблизительно линейную зависимость а э от логарифма скорости, что неоднократно наблюдалось экспериментально. Кроме того, уравнение (11.16) предсказывает плавное возрастание 0 3 с понижением температуры (также почти линейное). Это характерно для полимеров, на кривых растяжения которых нет максимума. [c.141] Кривая зависимости 0 3 от температуры, имеющая излом, не может быть описана простым соотношением (II.8). Главная причина, по мнению Ю. С. Лазуркина состоит в неучете влияния температуры на энергию активации i/p, о, которая в этом уравнении является константой. Вообще, в области стеклообразного состояния изменение t/p о с температурой не слишком велико, но если вблизи Tg его совсем не учитывать, можно получить существенное расхождение расчетных данных с экспериментальными. [c.141] Результаты расчета показывают (см. рис. 11.13), что даже приближенный учет изменения энергии активации от температуры позволяет передать характер реальной зависимости = Т) . [c.142] Современные методы исследования процесса деформации полимеров позволяют существенно расширить интервал температур и скоростей механического воздействия. Для полиметилметакрилата — классического стеклообразного полимера — температурные зависимости предела вынужденной эластичности и хрупкой прочности получены в очень широком интервале (вплоть до —195 °С). Даже при столь низких температурах можно наблюдать проявление вынужденной эластичности (которую автор ошибочно называет пластическим течением). Однако при очень низких температурах (от —195 до —73 °С) вынужденно-эластическая деформация проявляется едва заметно и развивается в полную силу лишь в интервале температур от —73 до 77 °С. При этом, как обычно, предел вынужденной эластичности при сжатии больше, чем при растяжении. [c.142] В дальнейшем эти своеобразные переходы в области температур от 19 до 30 °С были изучены динамометрическим и дилатометрическим методами. Особый интерес представляют динамометрические испытания полимеров в области температур, внутри которой наблюдается переход полимера из стеклообразного в высокоэластическое состояние. Подмеченные при этом закономерности характерны для многих стеклообразных полимеров. [c.143] Деформация сшитых полимеров в стеклообразном состоянии исследована на примере эпоксидных смол. В зависимости от состава композиций, температуры и скорости деформирования можно наблюдать появление вынуноденной эластичности с довольно широким плато на кривых растяжения. Следует еще раз отметить, что скорость механического воздействия оказывает весьма своеобразное влияние на прочностные и деформационные свойства полимерных стекол. [c.143] Вынужденная эластичность полимеров может проявляться и при очень высоких скоростях механического воздействия. Например, при растяжении макролона со скоростью —1 км1сек образуется обычная шейка, не отличающаяся по своим параметрам от той, которая наблюдается при малых скоростях воздействия О механизме вынужденной эластичности при высоких скоростях можно пока только делать предположения. Чрезвычайно быстрое развитие больших деформаций может происходить вследствие перемещения элементов надмолекулярной структуры относительно друг друга. Существенную роль могут играть и механохимические процессы. [c.143] Масштабный фактор суш,ествен при определении условий, в которых наступают периодические колебания напряжения в процессе развития шейки Это явление описано на стр. 134. [c.144] При одноосном сжатии в отличие от растяжения плотность полимеров возрастает, и лишь при значительных деформациях она вновь начинает уменьшаться Приложение гидростатического давления замедляет разрыхление материала, хотя само по себе гидростатическое давление, как правило, не приводит к изменению плотности исходных образцов. Лишь для эбонита плотность недеформированного образца растет в условиях всестороннего сжатия (рис. II. 14). [c.144] Приложение большого гидростатического давления существенно повышает предел вынужденной эластичности полимерных материалов при одноосном сжатии Например, для полиметилметакрилата этот предел возрастает с 1400 до — 2600 kz I m , когда гидростатическое давление повышается до 2000 кгс см (рис. 11.15). [c.144] Рассмотрев некоторые особенности деформирования стекол, вернемся к основному вопросу. Изучение кинетики вынужденно-эла-стической деформации полностью подтверждает общую физическую картину явления. Главная причина вынужденной эластичности— нелинейная (экспоненциальная) зависимость скорости перехода упругой деформации в вынужденно-эластичную от напряжения. При небольших напряжениях скорость перехода пренебрежимо мала, но при значительных — очень быстро возрастает. Отсюда и характерный вид экспериментальной зависимости предела вынужденной эластичности от скорости деформирования (см. рис. П. 11). [c.145] Наличие зависимости а з от скорости деформирования имеет принципиальное значение не только для понимания природы явления, но и для практического применения полимеров. Понятно, что, когда мы говорим о величине а э, необходимо указывать также и скорость воздействия. [c.145] При заданной скорости воздействия температура оказывает огромное влияние на способность стеклообразных полимеров к деформации. Повышение температуры приводит сначала к плавному, а затем к быстрому снижению предела вынужденной эластичности (см. рис. II. 13). Благодаря тому что второй (крутой) участок зависимости вэ = f (Т) имеет большой наклон, легко провести точную экстраполяцию к сГвэ 0- В результате на оси абсцисс обозначаются точки, соответствующие температурам стеклования или размягчения. [c.145] Вернуться к основной статье