Вязкоупругие свойства эластомеров

Релаксационная спектрометрия полимеров в настоящее время находится в начальной стадии развития, но ей принадлежит, по-видимому, большое будущее. Важны развитие и разработка новейших методов получения непрерывных и дискретных спектров и применение их для расчетов и прогнозирования вязкоупругих свойств полимерных материалов. Очевидно, что разработка современных методов расчета и прогнозирования невозможна без знания всех релаксационных механизмов и их кинетических характеристик для различных полимерных материалов и особенно для тех, которые находятся в условиях длительной эксплуатации. В настоящее время можно считать установленными основные релаксационные пере ходы в полимерах, которые необходимо учитывать при прогнозировании их свойств. В частности, это относится к новым данным по релаксационным переходам (а -, Хг, кз- и ф-переходы), находящимся по шкале времен релаксации между а-процессом (стеклованием) и б-процессом (химической релаксацией). Для прогнозирования эксплуатационных вязкоупругих свойств эластомеров при относительно низких температурах наиболее важную роль играют медленные физические процессы релаксации ( - и ф-процессы), так как в течение длительного промежутка времени (до 50 лет) химической релаксации практически не наблюдается. Однако при высоких температурах для длительного прогнозирования основную роль начинает играть химическая релаксация. [c.144]

Вязкоупругие свойства эластомеров [c.17]

Информация о вязкоупругих свойствах эластомеров может быть получена также при растяжении образцов. Данные измерений релаксации напряжения при растяжении длительное время используются исследователями для характеристики свойств эластомеров в зависимости от их состава и структуры. При малых деформациях (до К=, 1 или 8=10%) поле тензора напряжений в образце (имеются только нормальные компоненты тензоров) определяется в следующем виде [c.59]

Специфику переработки каучуков и резиновых смесей определяют их вязкоупругие свойства, проявляющиеся в развитии высокоэластических деформаций, нарастающих до максимума и реализующих структурную релаксацию напряжений. Для измерения реологических (вязкоупругих) свойств, характеристик течения эластомеров и резиновых смесей существует большое количество испытательных приборов [6, 7, 8]. Применение реологических методов в резиновой промышленности включает [9] оценку модулей релаксации резиновых смесей и их поведения при вулканизации, изучение перерабатываемости каучуков, наполненных техническим углеродом, а также тепловыделения в смесях при механическом воздействии на них. [c.437]

Это соотношение ясно показывает, что, хотя адгезия представляет собой молекулярно-кинетический скачкообразный процесс, она также связана с вязкоупругими свойствами эластомера. [c.30]

Рассмотренные зависимости носят общий характер, они отражают влияние всех переменных, за исключением текстуры поверхности. От упругих и вязкоупругих свойств эластомера зависит как эластогидродинамическое число, так и обобщенный коэффициент трения. Все это значительно улучшает теорию Зоммерфельда, разработанную для подшипников. [c.160]

Все существующие теории адгезии, как видно, показывают, что коэффициент адгезионного трения пропорционален 6. Таким образом связь адгезии с вязкоупругими свойствами эластомера можно считать установленной. [c.198]

С целью определения оптимального состава полимерных систем по сочетанию текучести и проявлению высокоэластичности в лаборатории реологии полимеров Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева АН СССР под руководством Г. В. Виноградова проведен большой цикл работ по исследованию зависимости вязкоупругих свойств эластомеров линейной структуры от их МВР в блоке и концентрированных растворах. Разработан комплекс методов исследования вязкоупругих свойств несшитых эластомеров и резиновых смесей в широком диапазоне скоростей деформаций, частот циклического деформирования и температур. Найдена связь между режимами течения и деформирования с малыми амплитудами циклического деформирования. Установлено, что трудности, возникающие при переработке эластомеров на технологическом оборудовании, связаны с переходом каучука при высоких скоростях деформаций в вынужденное высокоэластическое состояние, в котором они не способны к регулярному течению. [c.223]

В дальнейшем рассматриваются вязкоупругие свойства эластомеров, наполненных техническим углеродом (сажей). В связи с этим в начале главы кратко рассматривается строение саж и физико-химические свойства наполненных эластомеров. [c.236]

Влияние структурных параметров наполнителя на механические свойства рези представляется в первом приближении ясным. Что касается связи неравновесных (вязкоупругих) свойств наполненных эластомеров с усиливающим действием наполнителя, а также представлений о молекулярном механизме усиления, то эти вопросы требуют как более детального теоретического рассмотрения, так и дальнейших экспериментальных исследований. [c.146]

Однако при изучении различных вулканизатов в широком интервале температур и деформаций обнаруживаются существенные различия вязкоупругих свойств в зависимости от структуры эластомеров и условий их вулканизации. [c.83]

Общие закономерности вязкоупругого поведения наполненных полимеров в зависимости от их химической природы и гибкости цепи проявляются при изучении его температурно-частотной зависимости. Вязкоупругие свойства обычно исследуются методом приведенных переменных [198] с использованием метода преобразования температурных и частотных шкал. При этом экспериментально получаемые величины, в частности динамический модуль, совмещаются в одну обобщенную кривую, охватывающую очень широкий диапазон частот и температур (метод ВЛФ). В ряде проведенных к настоящему времени исследований была показана применимость уравнения Вильямса — Лэндела — Ферри к наполненным системам, преимущественно к эластомерам [234— 242]. Температурная зависимость времен релаксации и запаздывания различных наполненных вулканизатов также может быть описана с помощью уравнения ВЛФ [c.136]

По своим механическим свойствам эластомеры обнаруживают черты твердых и жидких тел, т. е. упругих и вязкотекучих, но в то же время и качественно отличаются от них. Как известно, в идеально упругих твердых телах напряжение пропорционально соответствующей деформации, развивающейся мгновенно, и не зависит от скорости приложения напряжения. В вязких жидкостях напряжение определяется скоростью деформации и не зависит от ее величины. В эластомерах же напряжение зависит и от величины и от скорости деформации. Эта особенность может быть определена как вязкоупругое и высокоэластическое поведение материалов. [c.14]

Вязкоупругость — комбинация элементарных реологических свойств эластомеров — упругости и вязкости. [c.68]

Релаксационный модуль можно также определить, проводя измерения при постоянной скорости деформации. Этот метод был использован Смитом [13] для исследования эластомеров, однако в этом случае проявляется нелинейность вязкоупругих свойств, что будет подробно рассмотрено в гл. 9. [c.111]

Известно очень ограниченное число исследований, посвященных изучению динамических свойств эластомеров при средних и больших деформациях. Однако выполненные работы позволяют сформулировать некоторые экспериментально доказанные факты. Так, установлено, что зависимость динамических свойств от температуры и скорости деформации подчиняется соотношению Ферри [1], а именно семейство кривых, характеризующих зависимости напряжений от скорости деформации при различных температурах, может быть совмещено в одну обобщенную характеристику путем сдвига первичных кривых вдоль оси логарифма скорости деформации величина сдвига зависит от температуры, причем при надлежащем выборе температуры приведенная зависимость величин сдвигов от температуры описывается таким же общим соотношением, как и вообще температурная зависимость вязкоупругих свойств различных полимеров. [c.181]

Усиление определяется количеством наполнителя, размерами и степенью агрегации частиц и химией поверхности наполнителя. В этой главе рассматривается влияние указанных характеристик на физические и механические свойства эластомеров. Рассмотрены также существующие термодинамические и вязкоупругие теории усиления. [c.253]

Адгезия — это четко выраженное поверхностное свойство, в то время как гистерезис зависит от вязкоупругих свойств массы эластомера. [c.28]

Хотя точный механизм молекулярных связей при адгезии не известен, его особенности изучены достаточно хорошо. Установлено, что адгезия зависит от вязкоупругих свойств, а коэффициент адгезионного трения имеет максимум при скоростях до 3 см/с при комнатной температуре. Было показано [1, 2], что как адгезионная, так и деформационная составляюш ие силы трения связаны с молекулярно-кинетическим поведением эластомера. Более того, деформационная составляюш,ая, обусловленная объемными свойствами эластомера, не связанными непосредственно с явлениями, протекаюш,ими в зоне трения, должна влиять на обш ую силу трения, возникающую на поверхности при контакте. В связи с этим нельзя считать, что сила трения обусловлена поверхностными или объемными явлениями, так как при дальнейшем рассмотрении выясняется, что они вообще неразделимы. Однако с учетом сказанного представления о двух составляющих общей силы трения [в соответствии с уравнением [c.173]

OM вязкоупругих свойств обладают полимеры (особенно эластомеры). [c.57]

Обнаруженная взаимосвязь процессов вязкоупругости и разрушения открывает перспективу прогнозирования прочностных свойств эластомеров по их вязкоупругим свойствам и наоборот. [c.84]

К вопросу о прогнозировании вязкоупругих свойств полимеров. Рассмотрим некоторые вопросы прогнозирования вязкоупругих и прочностных свойств эластомеров. Так, если известны законы вязкоупругих процессов, протекающих во времени, то, изучив для данного полимера временную (частотную) или температурную зависимость какого-либо свойства, можно рассчитать остальные аналогичные зависимости для других свойств релаксационной природы. Определив на опыте релаксационный процесс при статическом режиме, можно рассчитать динамические свойства полимера или, изучив процесс во времени при какой-либо температуре, можно предсказать ход этого процесса при других температурах, используя так называемый принцип температурно-временной эквивалентности, который сформулировал Тобольский [79]. [c.85]

Определение жесткости и эластического восстановления на дефометре чаще применяют при испытаниях жестких каучуков и резиновых смесей. Физический смысл условных показателей пластичности, мягкости (жесткости) и восстанавливаемости, получаемых при стандартных испытаниях на сжимающих пластометрах, далеко не ясен. Тем не менее они могут служить сравнительной характеристикой вязкоупругих свойств каучуков и резиновых смесей. Интегральные испытания на Дефо-эластометре (ИДЭ) дают результаты, весьма чувствительные к параметрам микроструктуры эластомера. [c.453]

Не приходится ожидать, что уравнения (36) и (37) будут выполняться точно для реальных эластомеров, поскольку они выведены для материалов с линейными вязкоупругими свойствами. Однако должны иметь место неравенства (4) > (4)е и > ( . [c.331]

Широко исследовано влияние скорости деформации и температуры на прочностные свойства эластомеров и аморфных полимеров. Смит и его сотрудники [58—60] изучили зависимость прочности при растяжении и разрывного удлинения от скорости деформации для большого числа эластомеров. Оказалось, что результаты, полученные при разных температурах, могут быть обработаны по методу суперпозиции смещением кривых вдоль оси скорости дeфopмa п,ии (в логарифмическом масштабе) с образованием приведенных (обобщенных) кривых прочности и разрывного удлинения, построенных в функции скорости деформации. Результаты подобного рода приведены на рис. 12.30, а и б, суммирующих экспериментальные данные Смита для ненаполненной резины из бутадиен-стирольного каучука. Замечательно то, что температурная зависимость фактора приведения, полученная в результате суперпозиции как по значениям предела прочности, так и по величинам разрывного удлинения, имеет форму, отвечающую уравнению ВЛФ для суперпозиции в области линейного вязкоупругого поведения аморфных полимеров при малых деформациях (рис. 12.31), а полученное нри этом значение температуры стеклования хорошо согласуется со значением, найденным из дилатометрических измерений. [c.346]

Адгезия и гистерезис на макроскопическом уровне обус.тювлены вязкоупругими свойствами эластомера. Если определить комплексный модуль Е вязкоупругого тела, как отношение напряжения к деформации, то на основе теории вязкоупругости можно показать, что [c.29]

Величины Vm и /щах изменяются в зависимости от вязкоупругих свойств эластомера. Тождественность теорий Шалламаха [3] и Сев-кура [11] очевидна, что проявляется в зависимости /адг и (t/x) от скорости (см. рис. 8.3 8.4 и 8.11). Несмотря на использование упрощенной модели, данная теория указывает на вязкоупругую природу трения эластомеров. Влияние изменений температуры и нормальной силы в приведенном анализе не рассмотрены. Теория предполагает наличие статического коэффициента трения при очень малых скоростях. Согласно теории смещение эластомера в области адгезионной связи происходит до тех пор, пока не будет преодолена локальная адгезия. Сила, вызывающая нарушение адгезии после бесконечно большого периода времени, будет обусловливать статический коэффициент трения, а на практике это будет соответствовать динамическому трению при очень малых скоростях скольжения. [c.190]

Механизм гистерезиса пояснен графически на рис. 2.8, он рассматривается как объемное явление, которое проявляется в зоне скольжения. В связи с тем, что гистерезис обусловлен вязкоупругими свойствами полимеров, для его проявления в отличие от адгезии должна существовать определенная скорость скольжения между эластомером и контртелом. Величина гистерезисной компоненты силы трения в данном случае зависит от характера макрошероховатости поверхности контртела и скорости скольжения, а также от вязкоупругих свойств эластомера и температуры. Макрошероховатость в идеализированном виде может быть представлена набором сферических, цилиндрических и конических (или квадратных пирамид) выступов, которые будут характеризовать геометрию данной поверхности (например, шлифовальной шкурки или дорожного покрытия). Такой подход позволяет провести точный анализ для поверхностей с определенной геометрической формой выступов (см. гл. 4). В этой главе обобщаются зависимости, описывающие гистерезисную компоненту трения с учетом формы выступов, и рассматривается беспорядочная комбинация типичных геометрических форм на данной поверхности. [c.206]

Энергия активации всех указанных процессов инвариантна относительно напряжений (до 10 МПа), деформации растяжений (до 300%) и не зависит от того, сшит или иесшит эластомер. Кроме того, установлены границы температурно-силового диапазона инвариантности энергий активации процессов вязкоупругости и разрушения. Совпадение энергий активации различных процессов в этих границах свидетельствует об общности природы процессов релаксации и разрушения в высокоэластиче-ском состоянии. Полученная корреляция прочностных и релаксационных характеристик эластомеров позволяет прогнозировать прочностные свойства эластомеров по данным их релаксационной спектрометрии, учитывая, что аналогичные релаксационные, реологические свойства и степенной закон долговечности наблюдаются и для других эластомеров [7.107—7.109]. [c.235]

В монографии последовательно рассмотрены структурные особенности несшитых и сшитых, ненаполненных и наполненных эластомеров, природа и закономерности различных процессов, связанных с механической релаксацией и вязкоупругими свойствами этих систем, впервые сделана попытка систематизировать данные релаксационной спектрометрии эластомеров как нового раздела физики и фи-зикохимии полимеров. [c.7]

Существует несколько попыток моделировать упругие, вязкие и вязкоупругие свойства, проявляющиеся при деформировании реальных полимеров. Одной из таких моделей является модель Б. А. Догадкина, Г. М. Бартенева и М. М. Резниковского. Она вводит зависимость времени релаксации для описываемой полимерной системы не только от температуры и химической природы полимера, но и от величины приложенного напряжения. С увеличением последнего возрастает скорость перегруппировки сегментов макромолекул по направлению растягивающего напряжения. В процессе релаксации напряжения при постоянной деформации модели установится некоторое значение напряжения, мало меняющееся в дальнейшем, так как увеличивается энергия, необходимая для обратной перегруппировки сегментов макромолехул. Такое напряжение может быть условно принято как равновесное (а<х>), а релаксационные процессы определяются разностью между напряжением в момент времени I и равновесным (а—Ооо). Эта модель удовлетворительно описывает поведение эластомеров (рис. 42). [c.97]

Ферри злагает молекулярну о теорию про Зводит обобщения. позволяющие сделать некоторые кол1 чественные предсказания. Ему удалось, основываясь на существующей стадии развития теории, объяснить вл1 яние х Мического строения на вязкоупругие свойства полимеров. Большое внимание в книге уделяется также рассмотрению релаксационных свойств эластомеров, спектров релаксации и механических потерь при деформаци нол меров. [c.6]

Характеристики прочности эластомеров выражаются в терминах напряжения а, деформации е, температуры Т и времени 1 (или эквивалентного ему для испытаний при постоянной скорости деформации e nst) Время и температура связаны между собой определенными условиями, так что влияние температуры может быть учтено изменением шкалы времени. Чтобы показать, как это делается, рассмотрим сначала взаимосвязь температуры и времени при малых деформациях, исходя из принципа температурно-временной суперпозиции Лидермана—Тобольского— Ферри 30,72,100 Математическая формулировка этого принципа сначала была дана Ферри на основе феноменологической модели, а затем получила молекулярную интерпретацию в теориях Рауза , Бики и Зимма и работы подробно обсуждались (см. также статью А. Тобольского Вязкоупругие свойства полимеров ), поэтому нет необходимости рассматривать их подробно. [c.289]

Вязкоупругая природа полимеров и эластомеров общеизвестна, а возможность применения преобразований Вильямса — Лэнделла— Ферри ( ЬР) для описания многих свойств в широком температурном и частотном диапазоне является лучшим подтверждением этого. Можно легко установить, что адгезионное трение также относится к вязкоупругим свойствам. Рассмотрим два примера. Первый пример — применимость преобразований WLF для обширного экспериментального материала, полученного Грошем [2] по трению резин. В результате этих преобразований была получена единая обобщенная кривая, причем все данные были приведены к одной температуре То. Второй пример — пропорциональность силы трения тангенсу угла механических потерь, являющемуся одним из показателей вязкоупругих свойств. [c.196]

Молекулярная теория вязкоупругих свойств полимеров, и в частности эластомеров, интенсивно развивается в настоящее время и пока далека до завершения. Определенные успехи достигнуты в ряде работ [105—112]. Например, Хаяши [109] дал теоретическое обоснование распределению времен релаксации, соответствующему прямоугольному спектру. В работах [ПО—112] теория обобщена для случая модели сетки узлов-переплетений. Релаксационный спектр совпадает с обычно рассматриваемым спектром в переходной области (малые времена релаксации), а затем в области больших времен проходит через максимум и вновь совпадает с обычным спектром (с наклоном —1/2). Такие максимумы наблюдаются экспериментально в области высокоэластического плато для некоторых линейных полимеров, они будут рассмотрены в следующей главе в связи с процессами Я-релаксации. [c.138]

Развитие и уточнение молекулярной теории вязкоупругости линейных и сшитых эластомеров было проведено Приссом и Поповым [113—116], исходя из обобщения одномерной модели Изинга на неравновесный процесс с учетом кооперативного характера движения макромолекул. Уравнения, описывающие вязкоупругие свойства, близки к полученным из модели субмолекул. Область применения новой модели шире, так как результаты справедливы во всей переходной области вплоть до потери сегментальной подвижности. [c.139]

Вое и Моравски [98] провели исследование механических и электрических свойств наполненного эластомера СКС-ЗОА. В области малых деформаций модуль снижается (рис. 8.31), что согласуется с вязкоупругими свойствами резин при малых деформациях и механизмом разрушения узлов 4 (см. рис. 8.3) при увеличении деформации. Затем наблюдается (после 10% растяжения) пологий участок. При больших растяжениях (после 100%) происходит сильное возрастание динамического модуля вплоть до разрыва (700%), что связано с ориентацией цепей в мягкой составляющей наполненного эластомера. Электропроводность при растяжении также возрастает (с самого начала растяжения), но затем при растяжениях свыше 400% резко уменьшается. Увеличение проводимости происходит из-за ориен- [c.272]

Специфика релаксационных процессов в наполненных системах проявляется и при действии вибрации на эластомеры. Известно, что вибровоздействия могут оказывать очень сильное влияние на вязкоупругие свойства различных систем. Ребиндер и Урьев [123—125] показали, что вибрации являются мощным фактором изменения структурномеханических свойств дисперсных- систем. [c.278]

Уравнение (V.81) носит частный характер и выполняется для твердых полимеров. В случае эластомеров для отыскания связи между разрывным напряжением и деформацией рассматривают вязкоупругие свойства материала с привлечением уравнения Муни— Ривлина [см. уравнение (П1.17)] и процесс роста трещин. Большой материал по исследованию разрушения резин приведен в монографии В. Е. Гуля [c.431]

Различные исследователи — Бикки, Смит и Стедри — использовали метод Ферри в работах для обработки данных по прочности и долговечности эластомеров [224, 225]. Этот метод не имел, однако, достаточного экспериментального обоснования. Исходя из общности механизмов вязкоупругости и разрушения эластомеров, ясно, что применение метода Ферри в прогнозировании прочностных свойств эластомеров имеет некоторое основание. С другой стороны, метод Ферри неприменим к прогнозированию прочностных свойств твердых полимеров, особенно в хрупком состоянии. Это объясняется различием в механизмах процессов вязкоупругости и хрупкого разрушения полимеров. В последнее время методам прогнозирования механических свойств полимеров уделяется большое внимание [226, 227]. [c.87]

Глава Временная зависимость прочности должна представлять интерес для исследователей, занимающихся свойствами твердых полимеров. Она состоит из двух разделов Феноменологическое исследование процесса разрушения эластомеров в стеклообразном состоянии , написанного редактором, и Разрушение аморфных ненаполненных полимеров , написанного Р. Лэнделом и Р. Федорсом. Первый посвящен в основном процессам, предшествующим разрушению. В нем рассмотрено явление растрескивания и сопутствующие ему физические эффекты (например, изменение коэффициента отражения света). Второй посвящен описанию вязкоупругих свойств полимеров и принципу температурно-временной суперпозиции, которые обсуждаются совместно с явлениями, наблюдаемыми при разрушении каучукоподобных твердых тел. В этом разделе затрагивается также проблема усталости и сопоставляются теоретические результаты с экспериментальными данными. [c.9]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология