ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Агрегатные состояния высокомолекулярных веществ в зависимости от их молекулярных структур из "Химия и технология полимеров Том 1" Чтобы успешно обрабатывать и использовать высокополимерные материалы, необходимо ознакомиться с условиями, вызывающими приведенные выше явления. Так, например, температура размягчения Tg (переход твердое состояние — высокоэластичное) указывает, в каком температурном интервале высокополимерное соединение может быть использовано как твердый термопластичный синтетический материал или каучук. Температура размягчения термопластичного искусственного материала должна быть значительно выше температуры его использования, чтобы избежать нежелательного размягчения материала с другой стороны, температура отвердевания высокоэластичного каучука должна быть как можно ниже температур помещения. Пластично-жидкотекучее состояние, свойственное несиштым полимерам, также имеет большое практическое значение, так как оно используется в технике обработки и штамповки. [c.558] Как уже указывалось, в различии механических свойств наиболее существенно проявляется многообразие состояний высокополимерных материалов. Из этого многообразия форм вытекает особое положение высокополимерных веществ по сравнению с классическими конструкционными материалами. [c.558] Полное описание механических свойств полимеров с помощью физико-математической теории в настоящее время является чрезвычайно слол ной еще не решенной проблемой. Однако для малых механических напряжений за последнее десятилетие разработана и описана теория механических свойств полимеров (теория линейных вязкоупругих свойств). Краткий обзор этой теории приведен в приложении 1 (стр. 615). Теория линейных вязкоупругих свойств хорошо согласуется с наблюдаемыми механическими свойствами полимеров нри условии, что рассматриваемые напряжения значительно ниже напряжений разрушения данного полимера. [c.558] Важнейишм результатом этой теории является возможность выражения механических свойств изотропного полимера с помощью двух модулей упругости. Так, сопротивление деформации — с помощью модуля сдвига С, сопротивление изменению объема — с помощью модуля сжатия К. [c.558] Эти модули упругости зависят не только от температуры Т, но и от продолжительности действия нагрузки 1. [c.558] Известные в иастоягцее время механические методы измерений для определения модулей упругости распространяются на широкий интервал колебаний от колебаний с периодом в 10 сек до частот в 10 гц (рис. 1). [c.558] Модуль упругости в области больших периодов определяется либо измерением релаксации напряжений или ползучести при постоянном удлинении, либо измерением ползучести при постоянном напряжении. В обоих случаях из отношения напряжение удлинение получают значения модуля упругости, зависящие от времени нагружения. Из этих двух модулей более низкое значение имеет модуль, который определен по релаксации напряжения. Однако, как следует из упомянутой выше теории, в большинстве случаев это различие ничтожно, и им можно в дальнейшем пренебречь. [c.558] Согласно теории линейных вязкоупругих свойст , н е 3 и а ч и т е л ь н ы м различием между динамическим модулем упругости и модулями, определяемыми из измереиий ползучести и релаксации, можно пренебречь. Эти величины следует рассматривать как ветви одной и той же функции — зависимости модуля упругости от времени, определенной на различных участках оси времени. [c.559] На рис. 2 изображены модуль сдвига и затухание при постоянной температуре как функция времени нагружения или круговой частоты. Для оси времени использован логарифмический масштаб, благодаря чему область дисперсии становится отчетливее. Одновременно этим достигается идентичность логарифмической оси времени (из равенства /=l/uj) с отрицательной логарифмической осью круговой частоты. [c.560] На рисунке тремя кривыми изображен модуль сдвига, полученный из опытов по определению релаксации напряжений, ползучести п колебаний. Все три кривые имеют одинаковый характер, и только в дисперсионной области они лишь ириблизительпо соответствуют друг дру1у. Механические затухания имеют максимум в дисперсионной области. [c.560] Рассмотрим в качестве примера случай измерения колебаний, т. е. случай периодически изменяющихся с частотой v механических напряжений, Если период механических колебаний мал по сравнению со временем релаксации т, то молекулярные перемещения не. могут следовать за внешним изменяющимся нолем и принять какое-либо участие в деформации. Поэтому в этом случае модуль высок, а затухание tg O (которое является мерой механической энергии, рассеянной молекулярным процессом за период одного колебания) мало. В случае, когда период колебаний намного превышает время релаксации, молекулярный процесс может протекать легко и полностью участвовать в деформации. В последнем случае модуль низок, мало также и затухание. Если л-се период механических колебаний сравним со временем молекулярной релаксации, то наблюдается явление замедления, обусловленное рассеянием энергии. Поэтому затухание имеет максимум в этой области. [c.560] Наконец, молено такл е представить модуль и затухагше как функцию температуры при постоянном временн нагрул ения (или частоте). Тогда получается зависимость, изобрал епная на рнс. 3, 1де мод ля сдвига и затухания показаны снова как функции от температуры для двух постоянных частот vi и V2. [c.560] Теплоемкость так же, как и коэффициент теплового расширения, возрастает при температуре, соответствующей усилению транспозиций. [c.561] Положение этих дисперсионных явлений в высшей степени точно определяют по времени молекулярной релаксации, которое, в свою очередь, находят, по крайней мере весьма приближенно, по величине, характерной для молекулярного процесса оно в чрезвычайно малой степени зависит от примененного физического метода исследования. Можно ожидать, таким образом, что все эти дисперсионные явления, относящиеся к одинаковым транспозиционным процессам, наступают примерно при одних и тех же температурах. Отсюда, естественно, следует, что характеристическое время совпадает при использовании различных физических методов измерения. [c.561] В то время как положение дисперсионных явлений на диаграмме время — температура в первом приближении не должно зависеть от применяемых физических методов, этого не следует ожидать в отношении величины области дисперсии или высоты максимума затухания. Последнее определяется главным образом величиной доли, которую вносит транспозиционный процесс в соответствующее физическое свойство. Эта доля различна для каждого физического свойства. [c.561] В дальнейшем будет сделана попытка дать краткий обзор зависимости агрегатных состояний высокополимериых веществ от времени нагружения и температуры и от релаксационных явлений, способствующих переходу из одного агрегатного состояния в другое. При этом агрегатные состояния будут рассматриваться так, чтобы стала понятной их связь с молекулярными структурами полимеров и чтобы можно было хотя бы качественно показать зависимость релаксационных явлений от молекулярных процессов. [c.561] При обзоре агрегатных состояний, свойственных полимерам, в большинстве случаев можно исходить из представлений, высказанных Хейбором [2]. Прежде всего следует рассмотреть на нескольких выбранных примерах механические свойства полимеров в различных агрегатных состояниях, а затем обсудить вопрос о термических свойствах. [c.562] Вернуться к основной статье