ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Деформация эластомеров в условиях длительного действия постоянной силы из "Деформация полимеров" Выше отмечалось, что деформация линейных эластомеров в общем случае складывается из двух частей — высокоэластической (обратимой) и вязкого течения (необратимой). Рассмотрим закономерности развития обоих видов деформации во времени при действии постоянной растягивающей силы. Описание начнем с процесса течения , при этом под течением будем подразумевать только истинную остаточную деформацию, определенную путем тщательного разделения указанных составных частей деформации 1- 2. [c.224] если опыты проводить корректно, полностью разделяя остаточную (необратимую) и высокоэластическую (обратимую) части деформации, можно изучать истинное течение полимеров и устанавливать отражающие его закономерности. Попутно вырисовывается и характер высокоэластической деформации, ее развитие со временем и изменение с температурой. [c.224] Попутно заметим, что в идеальных условиях коэффициент вязкого юпротивления растяжению равен утроенному значению коэффициента вязкого сопротивления сдвигу (т) = 3fj,). Это условие выпол-1яется при деформации изотропного тела, не изменяющего свой объем. [c.225] Уравнение (HI.50) выражает закон Ньютона для случая простого растяжения. [c.225] Поскольку в процессе деформации сечение образца уменьшается, истинное напряжение в нем возрастает, хотя действующая сила остается постоянной. Для поддержания напряжения постоянным необходимо непрерывно уменьшать действующую силу по мере развития деформации. [c.228] Один из способов поддержания постоянного напряжения в процессе одноосного растяжения заключается в использовании приборов рычажного типа с одним переменным плечом. Длина плеча все время уменьшается при растяжении, и действующая сила снижается выбрав соответствующий профиль рычага, можно полностью компенсировать нежелательный рост истинного напряжения и поддерживать его строго постоянным. Однако это хорошо удается только при малых деформациях (десятки процентов). Если деформации велики, рычажное устройство становится непомерно громоздким и условие а = onst нарушается. Поэтому в случае линейных эластомеров, способных к развитию больших деформаций (особенно при незначительных нагрузках), использование рычажного прибора затруднительно. [c.228] Другой, довольно старый, способ поддержания постоянного напряжения — использование прибора Андраде. Схематически это устройство можно изобразить в виде некоторого тела вращения, опускаемого в жидкость (рис. И 1.18). Это тело одновременно служит грузом, передающим усилие на образец. Профиль груза подобран так (рассчитать его несложно), что выталкивающая сила возрастает по мере растяжения образца и тем самым компенсирует рост истинного напряжения в нем вследствие уменьшения поперечного сечения. Однако этот профиль имеет довольно большую кривизну, что снижает точность поддержания постоянного напряжения. [c.228] Таким образом, хотя в условиях постоянства истинного напряжения расчеты существенно упрощаются, корректный эксперимент осуществить очень трудно. Лучше допустить некоторое усложнение расчетов, но проделать эксперименты с максимально возможной точностью и на простых приборах. [c.228] Уравнение (111.74) позволяет определить начальный коэффициент вязкости tih по экспериментальным данным этот расчет не намного сложнее расчета по уравнению (111.69). [c.229] Чтобы убедиться в справедливости закона течения, выраженного дифференциальным уравнением (И 1.63) или интегральным уравнением (III.64), нужно вычислить начальный коэффициент вязкости ti на основании экспериментальных данных, широко варьируя величину напряжения и длительность его действия. Обширные опыты, проведенные В. А. Каргиным и Т. И. Соголовой подтвердили независимость параметра т) от условий нагружения, формы образцов и т. д. [c.230] Начальный коэффициент вязкости (или просто начальная вязкость) закономерно растет с понижением температуры и повышением молекулярного веса. При очень большом молекулярном весе (5,3-10 ) и низкой температуре (15° С) вязкость полиизобутилена очень велика, она составляет 0,3-10 г1см-сек). Текучесть полимера с такой вязкостью выражена очень слабо, и по этому признаку высокомолеку лярный полиизобутилен близок к полимерам, находящимся в стеклообразном состоянии. Это не означает, конечно, что утрачивается подвижность отдельных сегментов. Она полностью сохраняется, и полимер проявляет все свойства эластомера в области высокоэластичности. Влияние роста молекулярного веса можно лишь уподобить эффекту вулканизации, т. е. сшиванию химическими связями. [c.230] Если начальная вязкость выступает в роли константы полимерного материала, закон течения дает возможность оценить влияние режима нагружения на температуру текучести Последняя в принципе не может быть постоянной величиной и служит лишь сравнительной характеристикой различных полимеров, если определяется в строго одинаковых условиях. [c.231] Здесь наблюдается полная аналогия с температурой стеклования полимеров, которая также может быть любой в пределах стеклообразного состояния в зависимости от нагрузки и времени. Основное отличие заключается в том, что температура стеклования после некоторого предела перестает зависеть от молекулярного веса, а температура текучести продолжает повышаться с его ростом. Причиной этого является увеличение вязкости. Другое немаловажное отличие состоит в том, что температура текучести гораздо чувствительнее к величине нагрузки, чем температура стеклования. Одна и та же нагрузка может снизить температуру стеклования на несколько градусов, а температуру текучести — на несколько десятков градусов. [c.231] Таким образом, температура текучести, как и температура стеклования, является условной характеристикой, зависящей от метода испытаний. Особенно это относится к температуре текучести, наиболее чувствительной к методу испытаний и сравнимой поэтому лишь в строго одинаковых условиях. [c.231] Относительно высокоэластиче-ской (обратимой) части деформации заранее ничего сказать нельзя. Ответ на этот вопрос дают эксперименты, но прежде чем продемонстрировать их результаты, необходимо условиться о форме записи высокоэластической деформации. В процессе растяжения образца под действием постоянной силы вязкое течение и высокоэластическая деформация развиваются одновременно. В каждый момент времени форма образца уже необратимо изменена, и поэтому обратимую часть деформации следует относить не к первоначальной длине образца, а к вновь приобретенной в результате течения. [c.232] Высокоэластическую часть де-формации будем выражать как 8эл = (/ — 1)И. Тогда можно убедиться, что высокоэластическая деформация практически не зависит от молекулярного веса и температуры (рис. 111.19). Таким образом, варьируя температуру и молекулярный вес полимера, можно существенно менять остаточную (необратимую) деформацию без изменения высокоэластической. [c.232] Остается выяснить, как добиться различной остаточной деформации, если имеется полимер только одного молекулярного веса, а температуру нельзя изменить. Оказывается, это можно осуществить, изменяя нагрузку и длительность ее действия. Небольшое снижение напряжения приводит к резкому возрастанию периода времени, за который проявится заметная полная деформация (рис. 111.20). Исследования показывают что при одинаковой величине полной деформации остаточная гораздо больше, когда она развивается в течение длительного времени. Отсюда следует практический вывод если необходимо получить большую остаточную деформацию, опыт нужно вести при малых усилиях и больших временах действия. [c.232] уже в первых опытах по текучести полиизобутилена, исследованной в чистом виде при одноосном растяжении, обнаружились интересные закономерности, скрытые при обычных исследованиях полной деформации. При учете многообразия форм кривых деформирования, а также одновременно протекающих процессов вязкого течения и высокоэластической деформации становятся понятными трудности, возникающие при поиске количественных закономерностей, описывающих течение эластомеров. [c.233] Одновременно протекающие релаксационные процессы еще больше усложняют картину. Однако если необратимые и обратимые деформации тщательно разделить, течение описывается очень простым соотношением (П1.63). Этим, конечно, не ограничивается целесообразность разделения двух частей деформации. В дальнейших опытах таким путем были обнаружены новые закономерности. [c.233] Вернуться к основной статье