Испытание полимеров на релаксацию напряжений

Испытания полимеров на релаксацию напряжений [c.53]

Отвлечемся теперь от диаграмм растяжения и рассмотрим другие виды испытаний каучукоподобных материалов. Наибольшее значение имеет исследование релаксации напряжения. Методы исследования релаксации напряжения в полимерах рассмотрены в обзоре Подробно описана аппаратура, позволяющая проводить испытания в течение длительного времени, а также за очень малое время релаксации. [c.204]

Основные технические характеристики приборов для испытания полимеров на релаксацию напряжений приведены в табл. 5.2. [c.57]

Динамические характеристики оптико-механических свойств полимеров в значительной мере мог т отличаться от статических из-за влияния временного фактора. Так, при действии кратковременных имульсных нагрузок процессы, связанные с регистрацией в модели оптической картины полос, длятся от нескольких микросекунд до сотен микросекунд. В этом случае обычные квазистатические испытания на ползучесть и релаксацию напряжения не могут отражать сути происходящих при динамическом воздействии явлений, протекающих в полимерном материале. [c.254]

Чтобы учесть релаксационные свойства полимеров, необходимо найти связь между скоростью движения диффундирующей частицы V в уравнении (7.6) и параметрами модели, позволяющей описать термодинамические свойства полимеров и их реакцию на внешнее воздействие (динамическое и статическое). В качестве такой модели рассмотрим частный случай модели, представленной на рис. 5.2. Эта упрощенная модель представляет собой параллельное соединение двух элементов Александрова— Лазуркина, изображенное на рис. 7.1. Выбор такой модели диктуется тем, что она позволяет описать два перехода (а- и у-переходы), которые имеют место во всех полимерах при динамических испытаниях, основные особенности кривых релаксации напряжения (ползучести) и термодинамические свойства. [c.217]

Если бы сопротивление разрушению обуславливалось бы только противодействием за счет сил главных химических валентностей, то в рассматриваемом случае значения разрушающих напряжений для всех трех типов полимеров были бы одинаковыми, так как характер химических связей в цепи и между цепями для всех трех типов образцов одинаков. Однако одинаковые сопротивления разрущению получались только при одном способе испытания, а именно при так называемом квазиравновесном способе деформации. При этом образцы подвергаются последовательной деформации, проходящей ряд дискретных значений вплоть до разрушения. Каждое из значений деформации поддерживается такое время, в течение которого в основном заканчивается процесс релаксации напряжения. Смысл такого метода заключался в том, что при заданной постоянной температуре испытания в результате флуктуаций тепловой энергии связи межмолекулярного взаимодействия рвутся чаще, чем связи сил главных химических валентностей. Поэтому, если в элементарном акте разрыва одновременно рвутся связи первого и второго рода, то при квазиравновесном способе испытания межмолекулярные связи не противодействуют разрыву, поскольку они были преодолены при значениях деформаций, предшествующих разрушающему. [c.224]

Приборы для испытаний полимеров в режиме релаксации напряжений [c.24]

Нагревание. Мы уже отмечали, что действие температуры вызывает в полимерах более активное движение молекулярных групп и это повышает текучесть материала. Проведение испытаний при повышенных температурах позволило нам предсказать поведение материала (ползучесть и релаксацию напряжений) в условиях долговременных испытаний при пониженных температурах. Однако повышать температуру следует осторожно, поскольку длительное нагревание может ускорить, старение полимера, т. е. вызвать иные эффекты, нежели те,. [c.189]

Значительное увеличение температуры может двояко влиять на разрушение полимеров. С одной стороны, повышенная температура может облегчить перемещение дефектов внутри кристаллических образований, способствуя более быстрому распространению трещин с другой стороны, возросшая молекулярная подвижность может облегчить и ускорить релаксацию напряжения или пластическое течение, не сопровождающееся разрушением. На суммарный эффект может сильно влиять метод испытания. Стойкость к растрескиванию различна в случае, если напряжения в образце создаются постоянной внешней нагрузкой или в результате приложения постоянной деформации. При повышении температуры стойкость к растрескиванию уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута температура плавления наиболее низкоплавкой фракции. Выше этой точки влияние температуры неопределенно, так как скорость релаксационных процессов резко возрастает и приводит к снижению эффекта действия напряжений. Поэтому считают нецелесообразным при сравнении сопротивляемости разрушению разных полимеров ускорять испытание путем чрезмерного повышения температуры. [c.144]

Трудности получения образцов для проведения опытов по релаксации напряжений связаны в первую очередь с высокой температурой стеклования поли-а-метилстирола. После того как были опробованы различные методики, был выбран следующий режим подготовки образцов для испытаний. Испарением растворителя из 5—20%-ных растворов полимера в бензоле приготовляли пленки толщиной 0,2—0,3 мм. Для этого раствор выливали на поверхность ртути и выдерживали в сушильном шкафу при 60°. Окончательное высушивание пленок производили на стеклянной подложке в вакууме [c.267]

Реакция полимера на механическое воздействие зависит от температуры, продолжительности воздействия, молекулярного строения, морфологии и состава. В этом разделе рассмотрены различные факторы, в том числе молекулярная (и сегментальная) подвижность, определяющие те состояния, в которых могут существовать полимеры. Коротко обсуждены исследования вязкоупругих свойств при малых деформациях методами динамической механической спектроскопии, релаксации напряжения и испытаний на ползучесть. Для сопоставления большого числа экспериментальных данных и предсказания свойств полимеров при различных временах механического воздействия и температурах используется принцип температурно-временной суперпозиции. Более подробное изложение затронутых вопросов можно найти в оригинальных работах, в которых, кроме того, описаны и другие методы исследования полимеров, например, дилатометрия, ЯМР, метод диэлектрической релаксации. [c.32]

Гэ [I + ехр 2у(Гэ-Гмакс)] Ту + Гэ Формулы (И. 83), (П. 85) и (П. 87) позволяют определить время, требующееся для проведения ускоренных испытаний таких важных для техники полимерных материалов, как ПММА, ПС, ПЭ, политетрафторэтилен (фторопласт марки Ф-4), стеклопластики на основе эпоксидной и полиэфирной смол типа СВАМ и КАСТ при статических нагрузках (в случае релаксации напряжения и ползучести). На основании исследований механических релаксационных явлений в твердых полимерах разного строения нами установлено, что для описания их процессов ползучести при умеренных температурах и нагрузках может быть использовано уравнение типа [c.180]

Для более быстрой оценки теплостойкости полимеров, работающих в условиях релаксации напряжения, получил распространение метод [8—12], согласно которому опыты по релаксации напряжения проводятся в сканирующем режиме при повышающейся температуре. Монолитные призматические образцы полимера помещают между рабочими пластинами релаксометра и деформируют до определенного значения. После этого задают линейное повышение температуры со временем. Естественно, что в закрепленных образцах в таких условиях возникают сжимающие напряжения вследствие теплового расширения. По мере повышения температуры напряжение в образце возрастает до определенного предела, а затем уменьшается в результате ускорения релаксационных процессов и при температуре стеклования полимера становится равным нулю. Придавая образцу различные начальные деформации, получают серию релаксационных кривых, каждая из которых имеет максимум (рис. 11.5). Геометрическое место максимумов ограничивает область напряжений и температур, в которой релаксационные процессы в полимере выражены слабо, и, следовательно, теплостойкость сохраняется в заданном режиме испытаний. [c.71]

Основное преимущество модифицированного термомеханического метода — большой выигрыш во времени при проведении экспериментов. Один кратковременный опыт термомеханического испытания с заданным нелинейным ростом температуры эквивалентен серии опытов по определению релаксации напряжения или По измерению долговечности полимеров при различных постоянных температурах. [c.108]

При изучении релаксации напряжения (рис. 3, а) заданная деформация образца не остается постоянной, а уменьшается с течением времени в соответствии с падением напряжения в образце. Но так как жесткость релаксометра значительно превышает жесткость подвергаемых испытаниям образцов полимеров, деформация образца с течением времени меняется незначительно (до 0,08 мм). Этим изменением можно пренебречь. [c.218]

Следует кратко обсудить и другой эффект, связанный с температурой, так как он может легко привести к путанице относительно сопротивляемости растрескиванию полиэтиленов высокой плотности. Как мы уже отметили, растрескивание является результатом суммарного воздействия внешних и внутренних напряжений. Роль последних возрастает по мере увеличения плотности настолько, что быстро охлажденные полиэтилены высокой плотности могут обладать сопротивляемостью растрескиванию намного худшим, чем медленна охлажденные образцы просто потому, что у последних внутренние напряжения будут меньше. Это поведение обратно поведению, обычно присущему полиэтиленам низкой плотности. Причиной различия являются, вероятно, гораздо большие времена релаксации более линейных образцов. Сопротивляемость растрескиванию полиэтилена высокой плотности возрастает после отжига при повышенных температурах (ниже области плавления) образцов, отлитых обычным образом, так как при отжиге облегчается релаксация напряжений. При этом происходит, конечно, некоторое укрупнение кристаллической структуры точно так же, как и у полиэтиленов меньшей плотности, однако этот эффект в течение нескольких первых часов отжига перекрывается положительным эффектом от релаксации напряжений. Это повышение сопротивляемости растрескиванию стабильно, в отличие от полученного закалкой полимеров низкой плотности. Разумная тепловая обработка после литья может быть реальным способом повышения сопротивляемости растрескиванию полиэтиленов высокой плотности. Низкая скорость охлаждения, как уже отмечалось, существенно уменьшает время (до 2,5 ч — см. табл. 3), требуемое для разрушения образца при испытаниях на растрескивание. Это удобно для лабораторных испытаний, но в то же время вызывает ряд вопросов. Указывают ли результаты подобных испытаний на то, что изделия данного полиэтилена будут быстро раз- [c.345]

В температурной области высокоэластического поведения (область плато ) неупругая составляющая не зависит от времени (в указанном эксперименте — от длительности испытаний). При более высоких температурах зацепления цепей, которые обусловливают пространственную структурную память, постепенно исчезают, и релаксация напряжений начинает зависеть от времени (см. Вязкоупругие свойства полимеров , А. Тобольский). [c.64]

Образцы пленок бутваро-фенольного полимера после испытаний при многократном приложении и снятии (режим релаксации напряжений) нагрузки визуально совершенно не изменились, что также свидетельствовало об отсутствии необратимых, остаточных деформаций. [c.73]

В гл. П1. говорилось, что основными видами механических испытаний полимеров являются снятие кривых нагрузка — удлинение, ползучесть, релаксация напряжений и динамические испытания в синусоидальном режиме нагружения. Основные закономерности свойств [c.144]

Рассмотрим, как влияет кристалличность (в том числе возникающая в процессе испытания материала) на две другие группы показателей механических свойств полимеров, а именно показателей, связанных с исследованием релаксации напряжений и ползучести. [c.216]

Исследуя влияние кристалличности на релаксацию напряжения в полимерах, важно различать два случая а) кристалличность отсутствовала в исходном материале и возникает в процессе испытания, б) кристалличность существовала в полимерном материале до начала испытания. [c.216]

Эффекты увеличения скорости ползучести и скорости релаксации напряжений в полимерах под действием УФ облучения объясняют тем, что УФ облучение вызывает в полимерах разрывы химических связей. Однако при испытаниях на воздухе механизм воздействия УФ облучения на полимеры может быть различным. Кванты УФ света могут вызывать разрывы химических связей непосредственно или вследствие промежуточных реакций, связанных с наличием в окружающей среде кислорода, паров воды и других веществ. Для того чтобы выяснить, какой из механизмов является решающим в эффекте снижения долговечности, в работе [37] исследована долговечность (г) некоторых полимеров под нагрузкой при УФ облучении и без облучения в вакууме и на воздухе. Облучение проводилось лампой ПРК-4, интенсивность излучения 0,2 кал см -мин. Испытания на долговечность в вакууме проводились при давлении от 5-Ю в до 5-Ю тор. [c.293]

При частичном проникновении жидкости или пара в матрицу возникают градиенты концентраций, которые действительно оказывают прямое механическое действие вследствие неоднородного набухания или косвенное действие вследствие неоднородной релаксации или распределения напряжений. Подобные действия даже усиливаются в присутствии температурных градиентов и могут вызвать быстрое образование обычных трещин и трещин серебра. В случае медленного проникновения окружающей среды в однородную матрицу с достаточно перепутанными цепями вынужденные напряжения обычно снимаются упругими или вязкоупругими силами. Например, в листах поликарбоната после проведения искусственных погодных испытаний не обнаруживаются трещины даже после воздействия суровых температурно-влажностных циклов [212]. Однако за относительно короткий период, 30—32 мес, естественных погодных испытаний на стороне, обращенной к солнечным лучам, возникала сетка поверхностных микротрещин. Путем сравнения с искусственным ультрафиолетовым облучением образцов авторы работы [212] смогли показать, что фотохимическая деградация поверхностных слоев вносит дефекты в материал и снижает прочность полимера в такой степени, что вызванные физически неоднородные напряжения стимулировали образование микротрещин, а не рассасывание неоднородностей. Влияние жидкой среды на образование обычной трещины и трещины серебра будет рассмотрено в разд. 9.2.4 (гл. 9). [c.319]

Другим наглядным примером релаксации в полимере при изменении одного из параметров деформирования является изменение напряжения при сохранении постоянства деформации образца. Если быстро растянуть образец аморфного полимера до какой-то величины удлинения и закрепить его в этом положении (при этом один из концов образца соединен с динамометром), то можно проследить за изменением напряжения в образце с течением времени. Естест-венно, что температура и другие параметры испытания должны быть постоянны. С течением времени в таком образце наблюдается падение напряжения, так как после быстрого растяжения образца свернутые макромолекулы примут конформации, вытянутые в направлении растяжения. Однако слабые локальные силы взаимодействия между макромолекулами (флуктуационная сетка) за короткий промежуток времени деформирования не успевают разрушиться. С течением времени тепловое движение стремится перевести макромолекулы в более вероятные для них свернутые конформации, и флуктуационная сетка, распадаясь под действием теплового движения сегментов макромолекул, создается вновь для более термодинамически вероятного состояния макромолекул. Естественно, что повышение температуры увеличивает интенсивность тепло- [c.92]

В вынужденно-эластическом и высокоэластическом состояниях с большими периодами релаксации, когда Тр X, разрушение полимера определяется разрывом как химических, так и физических связей. При этом чем выше температура испытания и меньше скорость разрушения (низкие напряжения), тем больше вклад физических связей в развитие трещин разрушения. В соответствии с этим энергия активации с уменьшением напряжений снижается (см. прямые /, 2, 3 на рис. 2.39). [c.101]

До сих пор рассматривалась теория прочности полимеров в очень важном режиме испытания а = onst. На практике интересны, конечно, и другие временные режимы деформации, например испытания полимера при заданной деформации в режиме релаксации напряжения. При стандартных испытаниях на разрывных машинах реализуется режим постоянной скорости растяжения, а при циклических нагрузках или многократных деформациях реализуется динамический режим с периодическим законом изменения параметров. [c.183]

Еще один способ, с помощью которого можно охарактеризовать механические свойства полимеров, связан с испытанием на релаксацию напряжений. При испытании на релаксацию образец, не подвергавшийся ранее действию напряжений, внезапно деформируется, начиная с этого момента деформация ео поддерживается постоянной. В момент нагружения напряжения достигают максимума, далее происходит их спад. Этот процесс спада напряжений и называется релаксацией. Отсчет времени производят с момента наложения дефор1мации ео. [c.19]

Испытания на релаксацию напряжений и на ползучесть. Испытания этого типа в широком диапазоне температур при воздействии различных сред и света удобно проводить на приборах, позволяющих держать образец в закрытом пространстве и осуществлять как измерение напряжения при заданной деформации, так и измерение деформации при заданном напряжении. Определяемые при испытаниях твердость, поверхностное растрескивание, разрушение под действием статической нагрузки при кручении, изгибе образцов с надрезами и без надрезов являются достаточно важными характеристиками. Помимо механических испытаний полимеров часто приходится проводить исследования физических свойств, например электрических, газопроницаемости, влагопро-ницаемости, степени набухания в определенных растворителях, огнестойкости. Предусмотреть все встречающиеся на практике условия эксплуатации изделий из полимерных материалов невозможно. Однако применяемые методы должны предусматривать испытания в широком диапазоне температур (иногда в агрессивных средах), что до настоящего времени, к сожалению, редко осуществляется. [c.302]

Воздействие тепла и кислорода иа напряженные полимеры приводит к деструкции полимерных молекул, следствием которой являются химическая ползучесть, химическая релаксация и уменьшение долговечности. Имеются стандартные методы испытаний на определение ползучести растянутых образцов резины при старении (Р = onst), релаксации напряжения и остаточной деформации в сжатых образцах (е = onst). [c.130]

При испытании малогабаритных образцов полимеров к прибору предъявляются повышенные требования в отношении жесткости силоизмерительной системы, параллельности рабочих цилиндров (при испытании на сжатие), чувствительности измерительной системы и т. д. Таким требованиям отвечает прибор для микро-механических испытаний [8], который весьма удобен для работы с - микрообразцами. Прибор позволяет проводить цспытания в условиях сжатия и растяжения, релаксации напряжения, а при наличии специального приспособления—определять кривые ползучеста. [c.29]

Установлена деформационная зависимость релаксации напряжения в полиэтилене от различной степени кристаллизации деформация (е), достигаемая при данном (напряжении (а), тем ниже, чем выше степень кристалличности (С) при данном времени испытания. Модуль эластичности (Е) уменьшается по мере увеличения времени испытания, но это уменьшение очень мало зависит от степени кристалличности. Вместе с тем относительная временная зависимость напряжения не связана с величиной деформации при условии отсутствия холодного течения. Предполагают, что передача деформации и напряжения осуществляется через аморфные области полимера. Деформация полиэтилена хорошо коррелируется с теорией Муни—Ривлина, конечный результат которой выражается функцией [c.276]

Приведены схемы, описания и характеристики приборов, предназначенных для испытания образцов полимеров, в том числе полиэтилена, на релаксацию напряжения морозостойкость 2074 длительную жаропрочность долгосрочное статическое напряжение и другие механические свойства 2077-2obi [c.278]

При испытании металлов одну и ту же машину с относительно небольшой модификацией обычно используют как для исследования ползучести, так и для исследования релаксации. Эта идея была заимствована исследователями полимеров сравнительно недавно. Прежнее же нежелание объединять отдельные исследования, вероятно, возникло из-за отмеченного выше различия методов. В работе Лея и Финдли [11] описываются модификации, которые допускает комплексная машина для испытания на ползучесть Финдли — Джелсвика [6], для применения ее, при необходимости, к релаксации напряжения. Техника обоих типов испытания подобна, хотя сами явления связаны сложной зависимостью [см. уравнение (3.6) и его нелинейные варианты]. Они, имеют свои относительные преимущества и недостатки, которые компенсируют и дополняют друг друга. [c.86]

Равновесное значение модуля. Изменение конформаций макромолекул вследствие движения сегментов после быстрого приложения нагрузки к полимеру приводит к уменьшению первоначально высоких напряжений. Только в том случае, когда свобода перемещения молекул ограничена поперечными сшивками, может достигаться некоторое, не равное нулю, равновесное значение модуля. Измерения релаксации напряжений, выполненные А. Тобольским с сотрудниками для сополимера бутадиена со стиролом с небольшой степенью сшивания, показали, что при —57° С релаксационный модуль уменьшается с 10 ° до 10 дин1сл1 при длительности испытаний в 8 десятичных порядков (время измерялось в часах). Экспериментальные данные о зависимости напряжений от деформаций при нагрузках различного типа могут быть в первом приближении описаны статистической теорией гауссовых цепей, связанных в сетку В этой теории используется только одна константа— равновесный модуль Ои пропорциональный числу цепей, содержащихся в единице объема между поперечными сшивками [c.300]

Существуют многочисленные механические испытания, предназначенные для изучения влияния времени на механические свойства пленок. Они широко применяются для пленок из синтетических полимеров [30], но очень редко — для полисахаридных пленок по нескольким причинам. Во-первых, по сравнению со многими другими полимерами свойства цолисахаридов мало зависят от времени. Во-вторых, что более важно, полисахариды в значительной степени нелинейны [31], так что временная зависимость в свою очередь зависит от растяжения (при релаксации напряжения), от нагрузки (при ползучести) и от предыстории испытуемого полисахарида. [c.427]

Испытание прочности полимеров при режиме циклического нагружения. При циклическом нагружении значения нагрузки и деформации изменяются по определенному закону, колеблясь от минимальных значений до максимальных. Устройство испытательных машин обычно таково, что деформации и напряжения изменяются по синусоидальному закону. В тех же случаях, когда изменение напряжения и деформации происходит по более сложному закону, его тоже можно представить в виде суммы синусоидальных изменений. Итак, значения деформации колеблются от до (У—амплитуда динамической деформации). Напряжения, в свою очередь, колеблются от значений л , до х 2Х (X—амплитуда динамических напряжений). Средние значения деформации и напряжения соответственно дСд и Уд. Таким образом, имеется четыре характеристики динамического режима две динамические X я У и две статические Хд и у . Поскольку многократное циклическое нагружение приводит кутомлению полимерного материала, целесообразно классифицировать испытания при циклическом нагружении в соответствии с сочетанием перечисленных характеристик так, как это принято при анализе утомления полимеров. Для каждого из четырех основных классов испытаний характерно изменение во времени каких-либо двух из четырех перечисленных параметров при постоянстве двух других. Естественно, что если при данном режиме сохраняется постоянным среднее значение деформации, относительно которого значения деформации колеблются во времени, то среднее значение напряжения будет непрерывно уменьшаться вследствие релаксации напряжения. Наоборот, если сохраняется постоянным среднее значение напряжения, то среднее значение деформации непрерывно возрастает вследствие явления ползучести. [c.25]

Исследуя влияние кристалличности на релаксацию напряжения в полимерах, важно различать два случая а) кристалличность отсутствовала в исходном материале и возникает в процессе испытания б) кристалличность существовала в полимерном материале до начала испытания, причем в процессе испытания не достигаются напряжения, превышающие значение Срекр. [c.213]

ПЭТФ, УПС, целлофана и волокон ПА (рис. 36) пластифицирующее действие диффундировавшей в полимер воды приводит на начальной стадии испытаний к некоторому увеличению прочности, по-видимому, за счет ускорения процессов релаксации и уменьшения внзгг-ренних напряжений. [c.110]

Вероятная причина очевидного несоответствия результатов двух рассмотренных выше серий экспериментов связана с различиями в методах испытаний напряженных материалов на растрескивание под воздействием среды. Времена разрушения, наблюдавшиеся Мак-Федрксом и другими для концентрированных растворов, очень невелики. Кроме случаев, когда прикладываются совсем небольшие нагрузки, они меньше часа. И только в сильно разбавленных растворах разрушение протекает за более длительное время. Предполагают, что растворы Igepal высоких концентраций являются настолько активными реагентами для полиэтиленов среднего молекулярного веса, что в принятых условиях испытания трудно заметить разницу между ними. Как уже отмечалось, если испытания проводятся в слишком жестких условиях, различия в их результатах нивелируются . Считают, что оптимальные условия испытаний должны быть выбраны так, чтобы обеспечить разрушение полимера приблизительно за 100 ч. При меньших временах появляется множество осложняющих обстоятельств, при больших —слишком сильно влияет трудно учитываемая релаксация (крип). Интересно выяснить, будет ли в условиях испытаний при постоянной нагрузке проявляться различное действие растворов разной концентрации на стойкие к растрескиванию полиэтилены. [c.354]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология