Изучение деформации и течения полимеров

Изучение деформации и течения полимеров [c.276]

Очевидно, что макро- и микропроцессы взаимно связаны и обусловлены. Именно вследствие этого микроскопические процессы можно исследовать посредством макроскопических испытаний. Таким образом, оптимальную технологию получения изделий из полимеров экструзией можно установить посредством изучения макроскопического течения, а оценку качества изделий производить на основе моделирования высокоэластических и пластических деформаций молекулярной структуры полимера в конденсированной фазе. [c.249]

Реология. В таких видах переработки, как прессование, литье под давлением, экструзия, вальцевание, каландрирование, полимеры находятся в состоянии движущихся расплавов. При движении (течении) расплавы подвергаются деформации под действием внешних сил. Изучением законов течения или деформации расплавов полимеров при этих условиях занимается наука реология, являющаяся частью физики. Реология расплавов имеет важное значение для технологии переработки пластмасс, так как расплавы используются во многих процессах. [c.352]

Следует заметить, что наибольшее практическое значение имеет изучение механизмов разрушения полимеров в стеклообразном и высокоэластическом состояниях. Пластическое разрушение в условиях эксплуатации изделий из полимеров, по-видимому, встречается реже. При переработке пластмасс в изделия пластические деформации и вязкое течение широко используются для придания формы, которая затем фиксируется, но обычно эти процессы не доводятся до разрушения. [c.115]

Кристаллизация расплавов полимеров в режиме сдвигового течения изучается, как правило, вискозиметрическим методом при деформации в вискозиметрах с различной конструкцией (геометрией) рабочего узла. Как правило, в таких экспериментах устанавливают влияние деформирования на скорость зародышеобразования, которая может считаться обратно пропорциональной величине индукционного периода или определяется непосредственно микроскопическим наблюдением за образованием зародышей в деформируемом расплаве полимера [8]. Изучение микрофотографий кристаллизующегося полимера в поляризованном свете показывает, что приложение напряжения сдвига вызывает резкое повышение количества образующихся первичных зародышей, причем характерно их линейное расположение, при котором рост надмолекулярных структур происходит иа цепочке зародышей, что приводит к своеобразной форме сферолитов, сплюснутых вдоль линии зародышеобразования [c.117]

Изучение пластичности и текучести полимеров затруднено тем, что при этих процессах чрезвычайно трудно избежать одновременно протекающей упругой или высокоэластической деформации, которая накладывается на пластическую деформацию или течение. При малой скорости релаксации освободиться от влияния их или хотя бы достаточно надежно учесть это влияние большей частью представляет значительные трудности. [c.591]

Изучение пластичности й текучести полимеров осложнено тем, что трудно избежать одновременно протекающей высокоэластической деформации (которая накладывается на пластическую деформацию или течение) или хотя бы достаточно надежно учесть ее влияние. [c.223]

Еще в 30-х годах было показано, что аномально-вязкий характер течения полимерных растворов, так же как и самих полимеров, связан с наложением на вязкое (необратимое) течение эластических (обратимых) деформаций. Концентрированные растворы полимеров представляют собою упруго-вязкую систему, и изучение их требует разделения обратимых и необратимых деформаций, а также исследования зависимости скорости от напряжения сдвига в широком диапазоне заданных величин . [c.417]

Полиэтилен, полипропилен и найлон-6 — наиболее изученные полимеры. Особенности плавления деформированных образцов этих полимеров, а также других виниловых полимеров, полиоксисоединений, полиэфиров и полиамиде обсуждаются ниже. В каждом случае последовательно рассмотрено плавление деформированных образцов, полученных тремя способами. Первым описано плавление растянутых или прокатанных образцов (разд. 4.4.3 и 4.4.4). Эти образцы в процессе отжига при температурах, близких к температуре плавления, имеют тенденцию усаживаться до размеров перед деформацией [ 12]. Затем рассмотрено плавление кристаллов, образовавшихся при кристаллизации в процессе течения или растяжения растворов или расплавов. Последними разобраны особенности плавления образцов, растянутых под давлением. Эти две последние группы образцов не дают заметной усадки, если при кристаллизации полимерные цепи распрямляются [12]. Общие вопросы кристаллизации, вызванной напряжением, рассмотрены в недавних обзорах [21, 218] и обсуждены в разд. 6.2.2, 6.3.2 и 6.3.3. [c.268]

Исследования структуры кристаллических полимеров в поляризованном свете, выполненные с помощью светового микроскопа различными исследователями показали, что в гуттаперче, натуральном каучуке, полиэтилене и других полимерах существуют мелкие и крупные сферолиты. Однако эти исследования в течение длительного времени не развивались. Новые данные были получены лишь тогда, когда при помощи световой микроскопии началось изучение самого процесса структурообразования в полимерных телах, а также процессов разрушения этих структур при деформации. [c.234]

Эластичность. Если методы определения модуля упругости при сравнительно малой деформации испытуемых образцов разработаны достаточно хорошо, то детальные исследования упругих напряжений в жидкостях при установившемся их течении, по-видимому, почти полностью отсутствуют. Сравнительно недавно опубликованные работы, в которых рассматривались нормальные напряжения, возникающие в потоке раствора полимера, можно считать началом изучения этой области - о. [c.82]

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]

Установившееся течение расплавленного полимера по каналу оформляющего инструмента представляет собой режим постоянного приложенного напряжения. Поэтому при изучении формообразования при экструзии должна учитываться релаксирую-щая высокоэластическая деформация [c.49]

Вязкое течение возможно не только при сдвиге, но и при других видах напряженного состояния. Из них важнейшее значение имеет одноосное растяжение. Вся методология разделения полной деформа-дии на обратимую и необратимую составляющие, оценки скорости деформации, напряжения, вязкости остается для растяжения точно такой же, как для сдвига с естественной заменой деформаций сдвига (7) относительным удлинением (е), касательного напряжения (т) нормальным (а) и сдвиговой вязкости (т)) продольной (Л). При этом для вязкоупругих полимерных расплавов в отличие от обычных вязких жидкостей не существует какой-либо простой связи между сдвиговой и продольной вязкостями, т. е. по результатам измерений вязкостных свойств расплава при сдвиговом течении нельзя предсказать, каким будет сопротивление деформированию при одноосном растяжении, осуществляемом в различных кинематических режимах. Отсюда следует необходимость изучения вязкостных свойств расплавов полистиролов при одноосном растяжении, поскольку этот метод дает независимую информацию о поведении полимера, важную как для непосредственных практических приложений, так и для выяснения общих закономерностей проявлений вязкоупругих свойств полимерных систем при различных видах напряженного состояния. [c.179]

Первичные (химические) и вторичные (ван-дер-ваальсовы) поперечные связи образуют первичную и вторичную пространствен-н ле сетки в полимерах. При изучении деформации сшитых эластомеров было установлено существование дополнительной сетки с вторичными узлами двух видов. Один вид узлов при деформации необратимо разрушается, а другой после снятия нагрузки восстанавливается. Ван-дер-ваальсовы узлы в виде зацеплений не играют существенной роли в вязком течении, так как их время жизни менее 10 с, тогда как физические узлы в виде микроблоков надмолекулярных структур имеют время жизни 10 —10 с и определяют характер процесса Я-релаксации (см. гл. 5) и вязкое течение полимеров. [c.167]

Совершенно безотносительно к возможным модификациям существующих методов получения ориентированных волокон изучение продольного течения растворов полимеров представляет вполне самостоятельный интерес. Мы хотим привести некоторые примеры, иллюстрирующие особенности продольного течения, в частности, антатиксотропный характер неньютонова продольного течения. В противоположность тиксотро-пии, под антитиксотропией понимается (до известного предела обратимое) образование структуры под воздействием внешнего гидродинамического поля. При больших скоростях растяжения отвердевание струи может носить необратимый характер. Как было показано в наших работах [36, 37], это отвердевание обусловлено как деформацией молекулярной сетки с усилением поперечных контактов между цепями, так и выжиманием избыточного растворителя из растягиваемой струи. [c.68]

При изучении текучести многих полимеров tpa плaвы полиэфиров, полистирола) при повышенных температурах и при малых напряжениях сдвига было установлено, что процесс течения этих иоли.меров подчиняется закону Ньютона. В области более высоких напряжений процесс течения полимеров не подчиняется закону Ньютона. Это означает, что коэффициент пропорциональности в уравнении (2) не является постоянной величиной, а меняется в зависимости от приложенного напряжения. Поэтому для определения коэффициента вязкости полимеров по закону Ньютона необходимо экспериментально установить интервал напряжений, в котором соблюдается этот закон. Кроме того, для определения коэффициентов вязкости следует расчленить общую деформацию на деформацию течения (бтеч.) и Высокоэластическую деформацию (53.1)- Это обычно производится двумя путями. [c.207]

Процесс течения полимеров при деформации растяжения хорошо изучен на примере деформации полиизобутилена при напряжениях, равных —10 дин1см , и температурах 15°, 30"" н 60 °С. Образцы в форме лопаток, закрепленные двумя зажимами, помешались в термостат и под действием подвешенных к нижнему зажиму грузов очень медленно растягивались. Высокоэластическая деформация и дефор.мация течения расчленялись путем длительной. релаксации деформированных образцов при повышенных температурах (стр. 207). Остаточная деформация, т. е, деформации течения, характеризовалась длиной полностью отрелаксировавшего образца, которая, в отличие от длины образца сразу после деформации, абоэначается буквой /. Относительная остаточная деформация Стеч. составляет [c.211]

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ — метод изучения механич. свойств полимеров в широком интервале темп-р. Ири Т. и. п. определяют теми-рную зависимость деформации поли-мерного тела, вызываемую действием постоянного механич. наиряження в течение определенного времени. [c.52]

Физико-механические свойства дисперсных и высокомоле кулярных систем весьма разнообразны. Уже качественные опыты по аномалии вязкости, застудневанию и тиксотропии (глава VIII) разбавленных коллоидных растворов и растворов полимеров показывают, что эти свойства не укладываются в законы гидродинамики (учения о течении жидкостей) и теории упругости (учения о деформации твердых тел). Еще яснее выступает специфичность механических свойств у концентрированных и грубодисперсных систем и твердых полимеров. Эти системы, имеющие исключительно большое значение в технике, вообще не могут исследоваться рбычными методами вискозиметрии или методами, регистрирующими потерю текучести или разжижение. За последнее время развилась специальная область знания реология , занимающаяся изучением деформаций и течения дисперсных систем. Задачи и методы реологии в значительной своей части лежат за пределами коллоидной химии, но без этих методов нельзя количественно оценить механические свойства структурированных дисперсных систем. С другой стороны, методы и закономерности коллоидной химии позволяют объяснить механические свойства систем, которыми занимается реология. На закономерностях коллоидной химии основано модифицирование и управление механическими свойствами дис-пер,сных и высокомолекулярных систем, имеющие большое Лрак- [c.246]

Неустановившееся течение. За исключением работ, посвященных неустановившемуся течению полимеров при малых напряжениях и деформациях (в этом случае полимер обычно рассматривается как идеальное тело Максвелла), этот вопрос в литературе почти не освещен. Оанако в задачу данной книги не входит изучение малых напряжений, и теория данного вопроса не рассматривается. [c.47]

Теперь мы должны перейти к реальному линейному полимеру, состоящему из множества молекул, взаимодействующих между собой. Что же изменится в описанной абстрагированной картине Прежде всего, изменение коснется природы тепловых пружин , т. е. суммарной высокоэластической деформации. Тепловые движения взаимодействующих между собой сегментов могут совершаться не произвольно, а в зависимости от поведения своих соседей. Практически полимер будет обладать не одним значением времени запаздывания 02, а целым рядом значений (от малых до больших). С другой стороны, в полимере пластическое течение в чистом виде осуществляться не может ввиду того, что наряду с мгновенноупругими деформациями развиваются высокоэластические. Весьма интересная но физическому обобщению точка зрения на пластическое течение полимеров Г. И. Гуревича основана, например, на изучении модели вязкоупругого тела Максвелла. В данном случае происходит постепенное нарастание неупругих деформаций, обусловленное упругой деформацией, величина которой поддерживается постоянной. [c.105]

Одновременно с теоретическим и экспериментальным исследованием процессов деформирования полимеров в широком интервале температур большое внимание в конце 40-х годов было уделено изучению закономерностей развития процесса течения полимеров. Исследование этого процесса, как сейчас уже хорошо известно, осложняется тем, что процессу течения всегда сопутствуют два вида деформаций — пластическая и высокоэластическая, и для того, чтобы выявить закономерности истинного течения полимеров, необходимо разделить эти виды деформации на составные части. В. А. Каргиным и Т. И. Соголовой [54, 55] было впервые осуществлено (на примере полиизобутилена) разделение обратимой (высокоэластической) и необратимой (пластической) составляюпщх деформации полимера, развивающейся при его течении, а также была установлена простая зависимость развития необратимой части деформации от напряжения и времени. Это позволило В. А. Каргину и Т. И. Соголовой сформулировать закон вязкого течения полимеров, согласно которому е [c.324]

Кроме того, опыт показывает, что нестабильность течения меньше у полимеров, макромолекулы которых имеют небольшое число длинноцепочечных разветвлений. Это, видимо, объясняется их склонностью к пластикации и меньшей долей эластически эффективных узлов в структурах, содержащих разветвленные макромолекулы, что способствует рассеянию энергии при деформации. Наличие в каучуках сильно структурированных (плотных) частиц также повышает стабильность течения смесей (но может ухудшать другие показатели), так как частицы нарушают регулярность сетки физических зацеплений и понижают ее способность к накоплению энергии внешней деформации. Например, при изучении вязко-упругих свойств акрилатных каучуков было показано, что разрушение структуры расплавов, усадка в формах и разбухание экструдатов резко уменьшается при введении в каучуки сильно сшитых частиц размером 50—300 нм [23]. При этом эластические эффекты определяются степенью структурирования частиц и мало зависят от их размеров. Аналогичные изменения, выразившиеся в уменьшении усадки и улучшении поверхности каландрованных изделий, наблюдали при введении частиц плотного геля в бутадиен-нитрильные каучуки [24]. На этом же принципе основано получение специального сорта НК с улучшенными технологическими свойствами [25]. [c.80]

Конформационные переходы цепи с кинк-изомерамп, свободная энергия которой при наличии напряжения представляется сплошной линией (рис. 5.1), термодинамически необратимы, а внутренняя энергия переходит в тепло. Представляет интерес постоянная времени процесса перехода если она мала по сравнению со временем, в течение которого происходит растяжение цепи, то кривая напряжение—деформация не слишком сильно отличается от кривой, соответствующей сплошной линии на рис. 5.1, а если постоянная времени слишком велика, то переходы могут быть запрещены и цепи деформируются эластично. Однако при промежуточных значениях постоянных времени наибольшие напряжения не полностью вытянутых цепей будут зависеть от скорости, с которой происходят конформационные переходы, снимающие напряжение. Детальное рассмотрение данного явления потребовало бы изучения формы и взаимодействия цепных молекул, основ термодинамики необратимых процессов [15] и анализа потенциала вторичных, или вандерваальсовых, связей между сегментами [16]. Это привело бы к рассмотрению неупругого деформирования полимеров, которое не является предметом данной книги. Тем не менее все же представляет интерес некоторая информация относительно скорости переходов между различными кинк-изомерами, сопровождающихся релаксацией напряжения в системе. Так как любые переходы, приводящие к движению только одного кинк-изомера, обычно не вызывают удлинения цепи вдоль ее оси, то приходится учитывать по крайней мере одновременную активацию н аннигиляцию двух кинк-изомеров. Подобный процесс состоит из поворота четырех гош-связей и передачи поворота сегмента между кинк-изомерами можно оценить энергию связи, необходимую для преодоления потенциального барьера, которая должна составлять 33,5 кДж/моль для поворота гош-связи [7] и (2,1—5) кДж/моль для вращения СНг-группы [17, 18]. Следовательно, чтобы преобразовать весь кинк-изомер tgtgttgtgt в транс-конформацию, необходима энергия активации 46—63,6 кДж/моль. Можно предположить, что подобные преобразования напряженных цепей ПЭ к состоянию, свободному от напряжений, действительно происходят при скорости деформирования по крайней мере 1 с при температуре ниже точки плавления, т. е. при 400 К. Теперь мол<но рассчитать скорость данного процесса при 300 К с помощью выражения (3.22), которая оказывается равной 0,0018 с . При деформировании цепи энергия активации вращения сегмента только убывает, а скорость переходов, сопровождающихся ослаблением напряжения, возрастает [19]. С учетом подобного [c.130]

Реология изучает течение жидкостей, в которых наряду с вязкой существует и заметная обратимая деформация. Название реология происходит от греческого слова peo , что означает течение , течь . Предметом изучения реологии являются не только полимеры, но также и неполимериые вязкоупругие системы. Одним из наиболее знакомых нам примеров такого рода является тесто. Кусок теста можно растянуть и, отпустив, наблюдать его сокращение (обратимая деформация). Однако он при этом не восстановит форму полностью в нем сохранится остаточная деформация — необратимая деформация вязкого течения. [c.156]

Следует отметить, что при высоких скоростях течения происходит не только ориентация асимметричных частиц, но также их деформация или растяжение, а это приводит к появлению нового вида двойного лучепреломления — деформационного или эластического, которое устраняется при снятии деформирующего усиления. Эластическое двойное лучепреломление особенно удобно наблюдать в прозрачных пленках и гелях полимеров (полистирол, полиметилметак-рилат, желатино-глицериновые студни и др.), где это явление практически используется для изучения распределения напряжений в образце (С. Соколов). [c.66]

Op, измеренного стандартным способом. Решающим в этом случае оказывается время, в течение которого полимерный образец находится под нагрузкой. Если это время достаточно велико, то разрушение в ряде случаев может произойти при напряжениях, много меньших Ор. Время от момента нагружения образца до его разрушения называется долговечностью материала. Долговечность т является важной характеристикой прочностп. Обычно при экспериментальном изучении долговечности напряжение поддерживается постоянным (а = onst). Если это условие не выполняется, то временная зависимость прочности при статической нагрузке характеризует статическую усталость. Временная зависимость прочности при динамической (чаще всего периодической) нагрузке характеризует динамическую усталость. Поведение материала в момент разрушения описывают величиной максимальной относительной деформации 8р, имеющей место при разрыве. Величина относительной деформации ер зависит от вида деформации, скорости деформации и температуры и в значительной степени от структуры и физических свойств материала. При хрупком разрушении ер составляет сотые доли процента. При разрушении полимера, находящегося в высокоэластическом состоянии, ер может достигать нескольких сотен процентов. [c.285]

С нашей точки зрения вызывает сомнение правомерность объяснения быстрого снижения сопротивления деформации под действием жидкой среды длительным процессом диффузионного заполнения молекулами среды аморфных прослоек в структуре полиэтилена. Для уточнения механизма проникания жидкой среды в кристаллический полимер при деформации мы выбрали такую систему полимер—жидкость, в которой скорость диффузионного проникания жидкости в ненапряженный полимер очень мала. Исследовали ползучесть пленки из фторопласта-42 в контакте с жидкостями различной химической природы 1,2-дихлорэтан, бензол, четыреххлористый углерод, пентан, гексан, октан, декан. Использованные жидкости, перечисленные выше в порядке увеличения мольного объема, не вызывают набухания пленки более чем на 0,5% в течение времени, необходимого для оценки величины Окр при ползучести. Изучение сорбционных процессов при растяжении пленок показало, что для фторопла ста-42, так же как и для стеклообразных фторопластов-32Л и ЗМ, характерно проникание некоторого количества жидкой среды в шейку [82]. Однако, в отличие от стеклообразных фторопластов, критическое напряжение Ок р и е акс фторопласта-42 не зависят от фазовых параметров жидкости и имеют почти одинаковые значения в таких различных жидкостях, как 1,2-дихлорэтан, бензол и пентан. Эффективность [c.171]

Т. к. упорндоченные микрообласти являются временными образованиями, к-рые с течением времени в одних местах распадаются, а в других возникают, то поведение линейных полимеров различно при коротких и длительных наблюдениях. Напр., при больших скоростях деформации в линейных полимерах обнаруживаются большие высокоэластич. силы, т. к. аа короткое время микрообласти не успевают разрушаться. За время длительных наблюдений, предпринимаемых с целью изучения термодинамических (равновесных) свойств, упорядоченные микрообласти многократно распадаются и возникают. Эта картина в самом грубом приближении воспринимается как неупорядоченная структ5фа. Поэтому структура линейных полимеров в В. с. при длительных наблюдениях воспринимается в среднем по времеии как моде.ль хаотическ1г переплетенных цепей. [c.281]

Следует отметить, что при высоких скоростях течения происходит не только ориентация асимметричных частиц, но также их деформация или растяжение, а это приводит к появлению нового вида двойного лучепреломления — деформационного, или эластического, которое устраняется при снятии деформирующего усилия. Эластическое двойное лучепреломление особенно удобно наблюдать в прозрачных пленках и гелях полимеров (полистирол, полиметилметакрилат, этйлцеллюлоза, желатино-глицериновые студни и др.), где это явление практически используется для изучения распределения напряжений в образце (С. И. Соколов). Измерения эластического двойного лучепреломления применяются также для характеристики степени стереоспецифичности макромолекул (В. Н. Цветков). [c.61]

Реологические характеристики межфазных адсорбционных слоев исследуемых биополимеров представлены в табл.2. Эти данные показывают, что все межфазные адсорбционные слои имеют близкие по значению модули эластических деформаций. Реологические кривые изученных иежфазных адсорбционных слоев характеризуются наличием двух пределов текучести, свидетельствующих о твердообразности сформированных структур. При высоких градиентах скорости выше предела прочности структуры в потоке Ру наблюдается течение с бингамовской пластической вязкостью, близкой по величине для межфазных слоев всех белков и полимеров, что указывает на идентичность структурных элементов иежфазных адсорбционных слоев. Большие периоды упругого после- [c.198]

В книге изложены теоретические основы непрерывно совершенствуемых в настоящее время новых инструментальных методов изучения структуры полимеров и особенности действия соответствующих приборов, а также их новейшие применения, что должно способствовать расширению и углублению представлений о технологических и эксплуатационных свойствах полимерных материалов. Практически л1Фбое физическое явление, начиная с шумовых эффектов, сопровождающих течение или растрескивание полимерных материалов, и кончая рассеянием нейтронов, фотонов, электронов или рентгеновских лучей, в той или иной мере отражает свойства полимерных систем. В книге показывается, как соответствующие этим явлениям методы исследования можно использовать для изучения поведения полимеров. Вначале рассматривается применение измерений шумовых эффектов и напряжений, а также анализа продуктов деструкции для изучения таких явлений, как течение, образование микротрещин и деформирование. Далее описывается новый высокочувствительный прибор нанотензилометр. Этот прибор позволяет проводить измерения нагрузок порядка нескольких дин и деформаций в областях, размер которых близок к размерам мельчайших морфологических единиц — монокристаллов. Изучение продуктов пиролиза, термо- или механодеструкции проводится с помощью ИК- или масс-спектроскопии. Таким путем можно определить особенности строения исходного полимера и выяснить закономерности его разрушения. Изучение рассеяния фотонов и нейтронов, обусловленного внутримолекулярным движением или процессом молекулярной диффузии, может быть осуществлено методами квазиупругого рассеяния света [c.6]

С помощью наиболее совершенных из имеющихся приборов можно одновременно исследовать долговечность и нелинейные вязкоупругие свойства материалов. Тем не менее использование этой весьма дорогостоящей аппаратуры для долговременных испытаний, когда образец должен находиться в одинаковых условиях в течение нескольких дней или даже недель, нецелесообразно. Поэтому мы решили сконструировать новый прибор, в котором сочетались бы основные характеристики прибора Реовиброн, используемого для исследования малоамплитудных деформаций, с характеристиками аппаратуры, предназначенной для изучения долговечности полимерных материалов. Описываемый здесь прибор обладает следующими возможностями, которые полезно сопоставить с характеристиками серийных приборов, предназначенных для измерения реологических свойств или долговечности полимеров [c.43]