Полимеры растяжение, образование шейк

Показанное построение называют диаграммой Консидера оно полезно для решения вопроса о том, будет ли в процессе растяжения полимера происходить образование шейки и осуществляться холодная вытяжка образца. [c.251]

Рис. 8.6. Промежуточные стадии при растяжении кристаллического полимера, демонстрирующие образование шейки .

Уменьшение наклона кривой а = (г) по мере увеличения степени растяжения связано с началом развития в образце вынужденно-эластической деформации. С возрастанием напряжения скорость вынужденно-эластической деформации быстро увеличивается. В точке максимума на кривой а = / (е) скорость вынужденноэластической деформации становится равной скорости растяжения, задаваемой прибором. Напряжение, при котором это наблюдается, называют пределом вынужденной эластичности (ств). По достижении Ов происходит резкое сужение образца — образование так называемой шейки . При переходе в шейку полимер ориентируется и его свойства по сравнению со свойствами исходного материала существенно изменяются. Ориентированный материал обладает в стеклообразном состоянии более высокими значениями модуля упругости и предела вынужденной эластичности в направлении ориентации, чем изотропный материал. Когда при образовании шейки достигается степень вытяжки, обеспечивающая заметное возрастание 0в, развитие вынужденно-эластической деформации в шейке резко замедляется. Процесс деформации продолжается у границ шейки, где сечение образца уменьшено, т. е. там, где напряжение повышено, а упрочнение еще мало. На пологом участке кривой растяжения (участок II) напряжение при удлинении остается практически постоянным. Поперечное сечение шейки изменяется мало, и удлинение образца происходит, главным образом, за счет вынужденной эластической деформации материала у границ шейки. Длина шейки при этом увеличивается. Растяжение с образованием шейки и дальнейшим ее распространением является особенностью твердых полимеров. [c.157]

Рис. 9. Схематический характер деформационной кривой при растяжении полимеров с образованием шейки в стационарном режиме (а) и в режиме автоколебаний (6).

На деформацию кристаллических полимеров оказывает существенное влияние величина молекулярной массы. При этом кривые растяжения для различных линейных полимергомологов накладываются друг на друга, отличаясь только величиной разрывной деформации, которая тем ниже, чем короче полимерные цепи. Низкомолекулярные образцы разрушаются при малых деформациях без образования шейки . [c.457]

Исходя из полученных экспериментально значений Оу и Стд, Эндрюс построил изотермические зависимости этих параметров от скорости дефо рмации. Как и следовало ожидать, при приближении к температуре стеклования Оу и о о совпадают, что отвечает переходу к однородному растяжению полимера без образования шейки. [c.292]

С особенностями и глубиной подобных структурных переходов при ориентировании связано то, насколько резко образуется .шейка — локальное сужение растягиваемого полимера, в к-ром значение растяжения и степень ориентации намного выше, чем в остальной части растягиваемого полимера. После образования шейки дальнейшее ориентирование образца идет путем распространения шейки на всю длину полимера. [c.258]

Таким образом, нет никаких сомнений, что при холодной вытяжке полимеров в области образования шейки может возникать значительный скачок температуры. Однако, как было показано, существуют убедительные доказательства того, что шейка может распространяться в квазистатических условиях, когда какие-либо заметные температурные эффекты отсутствуют. Исходя из этого, Винсент [3] высказал предположение, что наблюдаемое падение нагрузки обусловлено геометрическими причинами, а именно тем фактом, что уменьшение площади поперечного сечения образца при растяжении не компенсируется соответствующим деформационным упрочнением материала. Этот эффект был назван деформационным размягчением и был связан [c.272]

На рис. 50 показана кривая зависимости нагрузка — удлинение для образцов поликарбоната до и после поляризации. На кривых, полученных для ПК, четко наблюдается несколько участков, соответствующих упругому растяжению, образованию шейки и растяжению ориентированного полимера. Максимум на кривой соответствует пределу вынужденной эластичности. [c.74]

Кривая, изображающая зависимость относительного удлинения от напряжения полимера, растягивающегося равномерно, без образования шейки (ацетилцеллюлоза и др.), представлена на рис. 20. В отличие от кривой растяжения полимера с образованием шейки , па участке, соответствующем вынужденной высокоэластической деформации Ов, отсутствует максимум. [c.62]

Переход в ориентированное состояние сопровождается образованием шейки — резкого скачкообразного локального сужения образца, в котором значение ориентации и степень растяжения намного выше, чем в остальной части полимера. После образования шейки дальнейшее ориентирование образца идет путем распространения шейки на всю длину полимера. После перехода всего образца в ориентированное состояние происходит его дальнейшая деформация, и при достижении некоторого критического растяжения происходит разрыв. [c.50]

Наиболее яркое проявление перехода через предел текучести при растяжении полимеров состоит в образовании шейки (рис. 11.1) или деформационных полос. В этом случае вся пластическая деформация совершается в узкой области образца. Природа происходящих при этом процессов зависит как от геометрической формы образца, так и от схемы его нагружения, что будет подробнее обсуждено ниже. [c.248]

Закономерности ползучести в кристаллических полимерах также в целом напоминают таковые для стеклообразных полимеров. Как и при релаксации напряжения, основное отличие состоит в том, что в кристаллических полимерах предельная деформация при ползучести много больше, чем в стеклообразных, благодаря значительному содержанию аморфной части. В кристаллических полимерах ползучесть также может быть затухающей, когда деформация, достигнув при нагружении некоторого предела, далее больше не развивается. В таких условиях должен работать кристаллический полимер в нагруженных конструкциях и деталях. При превышении некоторого предела напряжения ползучесть становится незатухающей деформация нарастает постепенно вплоть до разрушения. Этот процесс соответствует растяжению без образования шейки. [c.190]

Следовательно, образование каждой новой шейки начинается непосредственно за этим упрочненным участком в изотропной части образца. На большую прочность этих поперечных утолщений указывает и то, что они существуют до полного распада изотропной части образца на шейки и только непосредственно перед разрывом образца происходит их разглаживание . На кинетическую природу явления указывает и то, что с увеличением скорости растяжения длина последовательно возникающих шеек увеличивается. Действительно, большая величина перенапряжения задает и большую скорость образования шейки, что определяет большее количество переходящего в шейку изотропного материала. Кроме того, необходимо отметить, что для начала возникновения шейки в кристаллических полимерах требуется большее напряжение, чем для ее развития. Именно это и приводит к скачкообразному возникновению шейки с границей раздела. Поскольку структурные превращения в реальных кинетических условиях нашего опыта происходят не мгновенно, а несколько отставая от процесса деформации, в результате растяжения образца в нем периодически возникают пики перенапряжения, приводящие к многократному ступенчатому образованию шеек. [c.432]

Рис. 126. Образование шейки при растяжении полимера

При больших напряжениях аморфно-кристаллич. полимеры проявляют вынужденную высокоэластич-ность. Прп этом деформируются как аморфные, так и кристаллич. области, разрушаются одни кристаллич. образования и возникают другие. У многих полимеров растяжение в кристаллич. состоянии идет с образованием шейки, в к-рой происходит ориентация макромолекул, сопровождающаяся обычно переходом от сферолит-ной кристаллич. структуры к фибриллярной при этом происходит резкое изменение М. с. полимера. [c.116]

Специфич. проблема Р. п.— оценка предельных условий, при к-рых становится невозможным устойчивое деформирование материала. Особый интерес представляют два случая образование шейки в стеклообразных и частично кристаллич. полимерах при одноосном растяжении и прекращение установившегося течения расплавов и р-ров. Оба эти явления имеют критич. характер и связаны с переходом полимера под действием внешней силы в высокоэластич. состояние, когда доминирующими становятся большие обратимые деформации. В первом случае этот переход осуществляется из твердого, во втором — из вязкотекучего состояния. [c.173]

Ф. п. происходят при ориентационной вытяжке кристаллических линейных полимеров в интервале темп-р между темп-рой стеклования аморфных областей и темп-рой плавления кристаллов (см. Ориентированное состояние). В результате растяжения осуществляется перестройка кристаллич. структуры, причем в области сосуществования двух фаз наблюдается специфич. эффект образования шейки, в к-рой материал сильно ориентирован по мере растяжения при постоянном напряжении происходит постепенный переход полимера в шейку. [c.352]

Известно, что некоторые полимеры кристаллизуются при растяжении (рис. 1-9). Для кристаллических полимеров характерно образование при растяжении образца так называемой шейки. На первой стадии (участок 1) деформация невелика и пропорциональна силе растяжения, на второй (участок II) наступает мест- ное сужение с образованием шей- ки и происходит значительное удлинение образца при постоян- ной нагрузке, причем широкая его часть тоже сужается до по- Удлинение [c.19]

Если из шейки вырезать новый образец и подвергнуть его растяжению в направлении, перпендикулярном к первичной вытяжке, то снова образуется шейка, но ориентация кристаллических областей в ней будет перпендикулярной к направлению их в утолщенной части образца. Этот процесс изменения ориентации кристаллических участков называется рекристаллизацией и объясняется тем, что усилия, стремящиеся оторвать одни цепи от других, способствуют плавлению. Поэтому, когда направление растягивания перпендикулярно к направлению кристаллических областей, происходит плавление этих областей и обр-азование новой структуры, у которой кристаллические участки направлены вдоль растягивающих сил. Образование шейки наблюдается у кристаллических и аморфных полимеров, но ряд полимеров (например, триацетат и нитрат целлюлозы) растягивается без образования шейки. [c.19]

Закс и др. [169] исследовали образование шейки в поликарбонате. Вследствие уменьшения поперечного сечения образца в области шейки материал в процессе прохождения через шейку приобретает ориентационную деформацию X, равную 2. При комнатной температуре и различных скоростях растяжения образца, соответствующих скоростям деформации в области шейки 0,02—2 с , авторы работы [169] получили довольно стабильный спектр ЭПР, который, однако, был недостаточно разрешен. Интенсивность данного спектра возрастала в зависимости от скорости прохождения невытянутого ПК через шейку от 3-10 до 1,8-10 спин/г (рис. 7.12). Эти же авторы исследовали также поведение стабильных нитро-ксидных радикалов и радикалов, образующихся путем фотолиза в процессе образования шейки в образцах ПЭНП и ПК-Наблюдаемый при этом возросший спад числа первоначально присутствующих радикалов может быть вызван их реакцией со вновь образующимися радикалами, а также с возросшей скоростью рекомбинации или спада числа присутствующих радикалов под влиянием деформации. На существование последнего явления в высокоориентированных полимерах ПЭВП, ПП, ПА-12 и ПЭТФ указывали Бехт и др. [47]. [c.306]

Исследование проницаемости пленок из сополимера этилена с дибутилмалеинатом по отношению к Не, Аг и СН4, растянутых на холоду до 500—600%, показало что одноосная вытяжка приводит вначале к незначительному снижению проницаемости и не изменяет кажущейся энергии активации проницаемости до значений растяжения не более 490%). Однако при дальнейшем растяжении в области образования шейки значения проницаемости снижаются, а энергии активации проницаемости возрастают. Авторы предполагают, что растяжение полимера в области образования шейки приводит к ориентации молекул в аморфных областях, это способствует снижению подвижности сегментов и соответственно уменьшению проницаемости. Значительное уменьшение проницаемости полипропиленовых пленок при их ориентации наблюдалось в работе Близкие к указанным результатам были получены Брандто и Бойером Было показано, что коэффициенты диффузии и растворимости газов изменяются при растяжении таких частично кристаллических полимеров, как полиэтилен, полипропилен и найлон. Величина и направление этих изменений зависят от свойств диффундирующего вещества и температуры эксперимента. Ориентация аморфного поливинилбутираля не влияла на коэффициент диффузии. [c.150]

Начальные участки кривых растяжения полимера в области вынужденной эластичности (см. рис. 33) и в области пластичности (см. рис. 37, кривая /) внешне сходны (в координатах условное напряжение—деформация на кривых наблюдается максимум). Отличие заключается в том, что возрастающая ветвь (до максимума) в одном случае относится к обычной упругой, а в другом— к высокоэластической деформации. Пределы и означают, что при этих напряжениях в материале начинают развиваться соответственно высокоэластическая п пластическая деформация. Отличие заключается еще в том, что в первом случае уменьшение напряжения после максимума связано с образованием шейкиу. [c.75]

Хукуэй [151 позднее предпринял попытку объяснить процесс холодной вытяжки найлона 6,6, исходя из аналогичных соображений. Он предполагал, что в месте образования шейки, благодаря совместному действию гидростатического растяжения и повышения температуры, реализуются условия, необходимые для плавления полимера. Представление о локальном плавлении полимера в месте образования шейки играет важную роль для объяснения структуры материала, получаюш ейся в результате его холодной вытяжки. Найлон в нерастянутом (неориентированном) состоянии — высококристаллический материал. Если кристаллы не разрушаются в процессе образования шейки и вытяжки поли- [c.268]

Резкий скачок температуры приводит к локальному возрастанию податливости, однако затем из-за практического отсутствия переноса тепла вдоль образца дальнейшая деформация начинает осуществляться за счет растяжения уже существующей шейки без образования новой. При этом податливость образца мала и поэтому напряжения монотонно возрастают до тех пор, пока не будет достигнуто критическое значение — предел текучести , при котором происходит срыв — скатаообразное возрастание скорости образования шейки (т. е. перехода неориентированного полимера в ориентированное состояние) в десятки раз с очень резким, отвечающим такой повышенной скорости, скачком температуры на десятки градусов и столь же резким падением нагрузки из-за размягчения материала. Это явление может многократно повторяться, приводя к автоколебательному механизму распространения шейки. Теоретически возможность такого неизотермического автоколебательного механизма образования шейки и границы соотношений параметров процесса растяжения, отвечающие этому механизму, рассмотрены в работе Г. И. Баренблатта (см., Механика твердого тела , 1970, № 5, с. 121). Этот случай периодического адиабатического режима образования шейки тесно примыкает к представлениям о роли тепловых эффектов, рассмотренных в данном разделе, но, к сожалению, он не затрагивается автором монографии. — Прим. ред. [c.272]

При быстром растяжении, когда микротрещнны не успевают прорасти (в силу релаксационных процессов их рост может даже приостанавливаться), полимер достигает предела вынужденной высокоэластичности Ов и деформируется с образованием шейки, в которую постепенно переходит весь образец, переходя в ориентированное состояние, которому отвечает более Высокая прочность (Оор на рис. 7.1). При малых скоростях деформации и соответственно нагрузках, значительно меньших, чем Ов, процесс развития трещин опережает процесс ориентации, и полимер растрескивается, покрываясь трещинами серебра . При этом процесс Ориентации реализуется, но не во всем объеме полимера, а в местах концентрации напряжений, которые достигают Это происходит легко, так как в области, примыкающей к температуре стеклования, Ов имеет низкие значения и стремится к нулю при Т— Тс- [c.211]

При повышенных температурах, близких к температуре стеклования, оказывается возможным четко выявить эффект ориентации цепей в ходе вынужденно-эластического деформирования, который проявляется в образовании шейки в деформируемом образце, явно выраженном плато на диаграмме а — 8 и последующем увеличении напряжения при дальнейшем деформировании. При низких температурах этот эффект маскируется интенсивным разрушением большого количества перенапряженных цепей и как следствие преждевременным разрывом полимера, и наблюдается диаграмма типа о — е, приведенного на рис. 28. Незначительное сшивание жестких линейных полимеров, например таких, как полистирол, приводит к некоторому росту предела вынужденной эластичности, однако высокая концентрация узлов сетки вызывает сильное падение прочности при растяжении, и полимер становится очень хрупким. Так, прочность при растяжении сополимера стирола с 4% дивинилбензола повышается до 525 кгс/см по сравнению с 475 кгс1см для чистого полистирола и падает до 70 кгс/сж для сополимера стирола с 25% дивинилбензола [113]. Резкий рост прочностных свойств, равно как и статического модуля упругости и предельной деформации при разрыве, наблюдается при образовании сетчатого полимера в процессе поликонденсации после точки гелеобразования, однако еще задолго до окончания процесса (85—90%) рост этих свойств прекращается [76, 118] [c.229]

Установим связь между изменениями напряжения а, скоростью движения фронта шейки и изменением внешнего вида образца во времени t. На рис. 4 видно, что трем структурным областям на рис. 2 отвечают две области изменения напряжений — сравнительно медленное возрастание напряжения (темп роста порядка 50 кГ/см -сек при скорости растяжения 43,5 мм/мин) и чрезвычайно резкое падение напряжения (темп падения напряжения не менее чем на порядок выше, чем темп роста). При этом области возрастающих напряжений отвечает очень медленный переход полимера в шейку (рис. 4, б). Так, в рассматриваемом примере при средней скорости растяжения АЗ,Ьмм1мин скорость образования шейки не превышает 12 mmImuh, т. е., упрощая, MOHiHO сказать, что шейка здесь практически не образуется. Образование шейки почти полностью происходит в области падающих напряжений, так что за время, меньшее 0,1 сек., образуются последовательно все три названные выше области. При этом скорость растяжения очень резко возрастает (см. рис. 4, б), на порядок превышая среднюю скорость растяжения. Поэтому в рассматриваемом примере при возрастании напряжений образуется за цикл - 0,1 мм длины шейки, а на падающей ветви — до 1 мм. Таким образом, весь цикл, показанный на рис. 2, совершается практически полностью в области падающих напряжений. [c.355]

На рис. 6 дана зависимость напряжения от деформации для образцов, структура которых представлена на рис. 5, б видно, что общий характер зависимости деформации от температуры сохраняется. Существует интервал температур (—110°, —60°), в котором происходит хрупкое разрушение образцов и также обнаруживается снижение прочности с ростом температуры. Затем в интервале от — 60 до —10° происходит значительное растяжение пленок с образованием шейки, структура которой также не видна. При —10° и выше при возникновении шейки наблюдается ступенчатый распад с образованием последовательных шеек. Новая информация, которая была получена при исследовании образцов такого типа (с оптически неразличимыми элементами структуры исходного образца), практически сводится к тому, что для них существуют температурные области, в которых происходит резкое изменение свойств ППО в условиях деформации растяжения значительное уменьшение размеров э.лементов надмолекулярной структуры полимера проявляется в том, что начало развития больших деформаций с образованием последовательных шеек обнаруживаются на 15—20° ниже, чем в образцах с крупносферолитной структурой, и нет такого резкого скачка в значениях разрывных деформаций в температурной области второго перехода, т. е. перехода к распаду с образованием последовательных шеек. Сравнение графиков зависимости напряжения от деформации (рис. 2 и 6) показывает, что значения напряжений рекристаллизации во всем исследованном интервале температур и прочностей в области хрупкого разрушения значительно выше у образцов с крупносферолитной структурой. Эти различия в механических свойствах, очевидно, связаны с особенностями надмолекулярного строения исследованных образцов. [c.427]

Таким образом, испытания с разными скоростями растяжения показали, что стунергчатый распад с возникновением последовательных шеек реализуется в определенном интервале температур и при сравнительно малых скоростях растяжения, при этом наблюдается возрастание деформируемости и прочности. Эти опыты позволяют считать, что распад надмолекулярной структуры с возникновением последовательных шеек обеспечивает полимеру иной комплекс механических свойств. Обнаруженное явление ступенчатого распада надмолекулярных структур с образованием последовательно возникающих регулярно расположенных шеек требует более детального объяснения. Следует напомнить, что образование шейки происходит в результате структурных превращений, которые осуществляются во времени. Если скорость деформации больше скорости структурных превращений, неизбежно возникают перенапряжения, вплоть до разрушения или начала структурного превращения. Поэтому при начале возникновения шейки всегда возникает значительно большее напряжение, которое приводит к запасу потенциальной энергии в первоначально целиком деформируемом образце и эта энергия расходуется на развитие шейки со скоростью, гораздо большей, чем скорость перемещения зажимов. Практически мгновенное образование первой шейки приводит к падению напряжения в образце до величины, при которой дальнейшее структурное превращение оказывается невозможным. Но поскольку растяжение образца происходит непрерывно и с постоянной скоростью, в нем вновь происходит накопление упругой энергии и при определенной величине перенапряжения вновь происходит резкое, почти мгновенное образование новой шейки. Многократное повторение таких циклов дает картину прерывистого регулярного распада. (В тех случаях, когда скорость распада настолько велика, что развитие шейки успевает происходить в процессе де- [c.431]

Особый интерес представляет случай больших обратимых деформаций в условиях, когда гибкость макромолекул полностью подавлена. Например, пленки изотактического ПП с размерами сферолитов 80—150 мкм обнаруживают способность к пластической деформации даже при Гв = —196°С, что примерно на 180 °С меньше Гст [88]. Предельное удлинение, полученное при растяжении этих пленок со скоростью 0,5 мм/мин, составляло 140 /о. Но, несмотря на образование шейки, никаких структурных превращений на молекулярном уровне не наблюдалось (большеугловые рентгенограммы имеют вид колец с равномерным распределением интенсивности). Упругий возврат образца после снятия нагрузки происходит сразу на большую величину, а при постепенном размораживании всего лишь до 10 °С исходные размеры полностью восстанавливаются. По-видимому, здесь мы действительно имеем в чистом виде деформацию полимера, протекающую только на надмолекулярном уровне, без разрушения порядка в расположении молекулярных цепей. Возможно, упругий возврат в этом случае протекает за счет энергетической упругости, возникшей как следствие образования в системе новых свободных поверхностей, поскольку при отсутствии сегментального движения энтропийных сил недостаточно, чтобы вызвать сокращение образца после разгрузки. Предположение это достаточно правдоподобно, но нуждается в дополнительной экспериментальной проверке. [c.207]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология