Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Деформация и прочность кристаллических полимеров

    Деформация и прочность кристаллических полимеров [c.66]

    Кристаллические полимеры имеют большую прочность, чем аморфные (см. 6.2). Тип кристаллической структуры оказывает значительное влияние на механические свойства полимеров. При деформации под нагрузкой легче разрушаются крупнокристаллические структурные элементы и труднее микрокристаллические. [c.141]

    Наиболее распространенной формой надмолекулярного образования в ориентированных полимерах является фибрилла, которая может иметь различное строение. У ориентированных аморфных полимеров фибриллы сравнительно гомогенны. У ориентированных аморфно-кристаллических полимеров (например, у целлюлозы - см. рис. 9.3) фибриллы гетерогенны чередуются кристаллические и аморфные области, причем проходные макромолекулы переходят из одного кристаллита в другой через аморфную прослойку. Механическая прочность ориентированных полимеров непосредственно связана со строением фибрилл. Аморфные прослойки из проходных макромолекул обеспечивают эластичность (способность к большим обратимым деформациям) в сочетании с высокой прочностью на разрыв. Прочность тем больше, чем больше доля проходных макромолекул. При 100%-й кристалличности полимер имеет высокую прочность на разрыв (макромолекулы, прервавшиеся в кристаллической части, почти не влияют на прочность из-за высокой энергии когезии), но малую эластичность из-за отсутствия аморфных прослоек. Уменьшение числа проходных макромолекул в случае складчатого строения снижает прочность на разрыв. [c.142]


    Повышения температуры плавления гибкоцепного полимера можно достигнуть не только варьированием скорости и температуры кристаллизации, но и его растяжением. Такое явление особенно характерно для аморфных кристаллизующихся эластомеров и известно как ориентированное состояние полимеров. Поэтому различают понятия кристаллический и кристаллизующийся полимер. Это различие связано с релаксационными явлениями в полимерах. Кристаллическим называют полимер, в котором кристаллическая структура (независимо от ее количества) создана в процессе синтеза полимера, т. е. сформирована одновременно с формированием самих макромолекул. Кристаллизующимся называют полимер, который при синтезе получается аморфным, а кристаллические структуры возникают в нем в процессе деформации (обычно растяжения) при ориентации макромолекул в направлении деформации. Общим свойством кристаллических и кристаллизующихся полимеров является невозможность разделения образца на кристаллическую и аморфную фазы, так как в процессе формирования кристаллической структуры одна и та же макромолекула может входить и в кристаллическую, и в" аморфную области. Прочность и относительное удлинение ориентированных полимеров выше, чем у кристаллических полимеров из-за направленного расположения макромолекул. [c.29]

    Способ создания ориентированной структуры для аморфного полимера при температурах выше Г р, но ниже Гс или для кристаллического полимера при температуре выше 7с называют холодной вытяжкой. При холодной вытяжке происходит изменение конформации макромолекул от клубков к вытянутым, что приводит к увеличению межмолекулярного взаимодействия, а значит, прочности полимера. Ориентированное состояние в принципе устойчиво только в условиях действующей силы как только деформирующее усилие исчезает, макромолекулы вновь стремятся вернуться в прежнее, свернутое состояние. Этому может воспрепятствовать медленная деформация при пониженной температуре, ибо в этих условиях смогут пройти наиболее медленные релаксационные процессы, связанные с изменением конформации макромолекул, а сегменты окажутся зафиксированными, т. е. зафиксированной окажется и ориентированная структура полимера. Прием создания ориентированной структуры в полимере лежит в основе получения прочных волокон.  [c.30]

    На кривой нагрузка — удлинение кристаллических полимеров выделяют три характерные области (рис. 11.10). В области / деформация пропорциональна удлинению и происходит в основном за счет деформации аморфной части полимера. Структура материала при этом не меняется. При переходе от области I к области II в точке перегиба в образце возникает утоненный участок (один или несколько), длина которого быстро увеличивается. Этот участок называют шейкой. На стадии роста шейки происходит ориентация кристаллических структур в направлении вытяжки, исчезновение (плавление) тех кристаллических областей, которые оказались расположенными перпендикулярно направлению растяжения, и рост новых, ориентированных по направлению растяжения. В области II полимеру свойственны высокие прочность и удлинение. То напряжение, при котором под влиянием механических нагрузок происходит процесс плавления существовавших в полимере кристаллических областей и образование новых, ориентированных в направлении растяжения, называют напряжением рекристаллизации. Рекристаллизация приводит к тому, что в области III деформируется уже новый прочный материал — шейка, деформация которого заканчивается разрывом образца (точка А). [c.31]


    Вследствие этих структурных особенностей ориентированные кристаллические полимеры способны к большим обратимым деформациям в направлении ориентации. Кристаллические области, препятствующие взаимному скольжению цепей, придают этим полимерам еще более высокую прочность на разрыв. [c.468]

    Это один из наиболее часто используемых полимеров. Он обладает способностью испытывать даже при комнатной температуре большие обратимые деформации. Плотность этого полимера может изменяться от 0,852 г/см (полностью аморфный образец) до 1 г/см (полностью кристаллический образец). В то же время прочность этого полимера невысока. Температура плавления полиэтилена (в зависимости от типа полимера) заключена в интервале 110—140 °С. Температура стеклования полностью аморфного полиэтилена, по-видимому, равна —80 °С. [c.14]

    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]

    Если материал подвергается механическому упрочнению, что характерно для многих кристаллических полимеров вследствие ориентации в процессе пластической деформации, то предел прочности этого материала, рассчитанный по исходному поперечному сечению образца, конечно, оказывается выше предела текучести. [c.178]

    Ориентация оказывает значительное влияние на механические свойства кристаллических полимеров " . На рис. 98 представлены деформационные кривые для предварительно ориентированного полиамида, испытанного в направлении ориентации. Из рисунка видно, что ориентированные кристаллические полимеры обладают более высоким значением разрывного напряжения и значительно меньшим относительным удлинением по сравнению с деформацией в направлении, перпендикулярном ориентации (см. стр. 237). С понижением температуры величина деформации уменьшается, а разрывная прочность закономерно увеличивается. Предварительно ориентированный образец полиамида хрупко разрушается только три —170°С. [c.241]

    Проявление нового механизма деформации кристаллических полимеров путем последовательного ступенчатого образования множества шеек приводит к отклонениям от обычной зависимости между прочностью и скоростью механического воздействия. При увеличении скорости растяжения вместо полос наблюдаются эллиптические образования, а при очень большой скорости деформируются сами сферолиты. В результате прочность не возрастает при повышенной скорости растяжения, как для многих других полимеров, деформирующихся по одному механизму. [c.299]

    Одним из главных факторов, влияющих на прочность, является регулярность строения полимерной цепи. Полимеры с регулярным строением способны образовывать ориентированную и кристаллическую структуры, что приводит к резкому возрастанию прочности. По своему Поведению при деформации кристаллические полимеры резко отличаются от аморфных и низкомолекулярных кристаллических тел. Для них характерны специфическая диаграмма растяжения (диаграмма напряжение — деформация) и образование шейки на образце прн деформации. [c.24]

    Таким образом, оказывается, что измерения предела прочности не характеризуют в достаточной мере условий разрушения материала, которые определяются структурными изменениями при предшествуюшем разрыву нагружении. Известно лишь очень ограниченное число экспериментов, в которых изучалось изменение вязкоупругих свойств полимера при нагружении до разрушения. Тем не менее имеющиеся результаты весьма интересны. Так, Нильсен [3] при исследовании образцов армированного стекловолокном полиамида обнаружил, что при деформациях, предшествующих разрушению, происходит заметное увеличение тангенса угла механических потерь и снижение модуля упругости. Поскольку частично кристаллические полимеры можно рассматривать как двухфазные системы, естественно предположить, что аналогичные изменения механических характеристик должны наблюдаться также в неармированных частично-кристаллических полимерных волокнах. Поэтому мы решили провести систематическое исследование динамических вязкоупругих свойств таких материалов в условиях, приводящих к разрушению образца. [c.42]


    Определенное значение имеет эластичность материала, особенно в тех случаях, когда необходима дополнительная механическая обработка материала перед его эксплуатацией (например, гофрирование при изготовлении патронных фильтровальных элементов). Эластичность материала зависит от его внутренней структуры ( конструкционная эластичность ), фазового состояния полимера (кристаллическое, аморфное), а для аморфных (аморфно-кристаллических) полимеров — от физического состояния (стеклообразное, высокоэластическое). Очевидно, что, если материал проявляет конструкционную эластичность и сам полимер находится в высокоэластическом состоянии, умеренное механическое воздействие на микрофильтры не приведет к их разрушению. При этом следует иметь в виду, что из-за высокой пористости материала уровень его механической прочности относительно низок. Однако некоторые аморфные полимеры при температурах ниже температуры стеклования способны к относительно высокой деформации при приложении нагрузок, что связано, в частности, с подвижностью в боковых группах макромолекул. Температурный переход, при котором материалы становятся очень хрупкими, характеризуется температурой хрупкости. Если этот температурный переход не наблюдается или он близок к температуре стеклования, возможность применения такого полимера для производства микрофильтров проблематична. [c.24]

    Выше температуры стеклования кристаллические полимеры могут деформироваться и даже весьма значительно. Достаточно приложить растягивающее напряжение, которое помогает тепловому движению плавить кристаллические образования, чтобы возникла вынужденная деформация кристаллических полимеров. Чем ниже температура, при которой полимер подвергается растяжению (по сравнению с температурой его плавления), тем более высокое напряжение требуется для его деформации. При температуре стеклования оно уже столь велико, что превосходит предел прочности полиме- [c.78]

    В книге излагаются современные представления о химическом строении и надмолекулярной структуре полимеров, об их агрегатных, физических и фазовых состояниях. Рассматриваются термодинамика и кинетика высокоэластической деформации, механические свойства стеклообразных и кристаллических полимеров и их смесей, и реология расплавов полимеров. Обобщены закономерности прочности и динамической долговечности полимерных материалов. [c.2]

    С уменьшением молекулярной массы прочность кристаллического полимера понижается и точка разры.ва В (см. рис. 30) сме- цается по кривой. деформации влево. Прочность при этом может [c.67]

    Высокоэластическая деформация, вынужденно-эластическая деформация стеклообразных полимеров, пластическая деформация кристаллических полимеров приводят к развертыванию молекулярных клубков и ориентации макромолекул в нанравлении действия силы. Ориентированные эластомеры можно охладить до Т<Тс и таким образом зафиксировать состояние ориентации макромолекул. Все ориентированные полимеры имеют одно общее свойство их прочность и модуль упругости при растяжении в направлении ориентации много больше, чем у неориентированного полимера, а гфочность и модуль при деформации в перпендикулярном направлении ме]Н)Ше, чем у исходного пеорисптиронанпого полимера. [c.191]

    Напротив, гибкие макромолекулы сравнительно простого строения, с регулярной структурой, гораздо легче укладываются в кристаллические решетки. К этой группе относятся такие полимеры, как полиэтилен, тефлон, найлон и другие полиамиды, в значительной мере образующие кристаллиты уже при комнатной температуре без охлаждения или растяжения например, полиэтилен при комнатной температуре закристаллизован на 50—70°о. Легко кристаллизуются также полимеры стереоспецифического регулярного строения (изотактические полимеры), молекулы которых обладают высокой химической однородностью они при комнатной температуре кристаллизуются почти нацело. Такие полимеры называются кристаллическими, тогда как все рассмотренные выше полимеры называются аморфными. Они обладают значительной прочностью, но гораздо менее эластичны, чем каучуки у полиэтилена высокая эластичность проявляется лишь при температуре выше 115°. Температура плавления кристаллитов большинства этих полимеров лежит выше 80°, причем ее положение смещается при растяжении полимера (Александров, Лазур-кин). Поэтому при деформации кристаллических полимеров происходит плавление одних кристаллитов и рекристаллизация других в направлении силы растяжения, что [c.234]

    Релаксационные процессы в полимерах влияют на процессы разрушения во всех прочностных состояниях, включая и атермический процесс разрушения. В различных температурных областях полимера (см. рис. 7.1) наблюдаются три основных механизма разрушения атермический, термофлуктуационный и релаксационный (см. табл. 7.1). В кристаллических полимерах ниже температуры плавления наблюдаются первые два механизма. При атермическом механизме (область самых низких температур) тепловое движение не может оказать существенного влияния на прочность полимера, так как время ожидания флуктуации Тф превышает время атермического разрушения Тк- Однако слабое тепловое движение в этой области температур приводит к мелкомасштабным релаксационным переходам. Такие переходы характеризуются слабыми максимумами механических и диэлектрических потерь (у- и р-переходы) и вызывают увеличение энергии разрушения и прочности в областях переходов. В наиболее чистом виде термофлуктуационный механизм проявляется в области хрупкого разрушения, хотя н здесь возможны слабые (Y и -переходы, приводящие к неупругим эффектам в концевых зонах микротрещин в отсутствие высокоэластической деформации. Последняя наблюдается в концевых зонах микротрещин при переходе через температуру Тхр и выше, в области квазихрупкого разрушения. В итоте перенапряжения в концевой зоне сильно снижаются, но термофлуктуационный механизм разрушения остается тем же, что и при хрупком разрыве. [c.240]

    Во-вторых, обращает на себя внимание та особенность, что в области температур —60, —20° значения прочности обеих модификаций относятся, как площади поперечных сечений исходного и переориентированного образца. Это значит, в первом приближении, что прочности материала при разрыве его вдодЕь и поперек направления ориентации находятся в количественном отношении, равном длине площадки , выраженной в исходных длинах образца. Эта простая связь прочностей и изменения размеров образцов в процессе переориентации тем более интересна, что прочность при 1 -разрыве обусловлена главным образом межмолекулярными силами взаимодействия, а прочность при 1 -разрыве обусловлена в основном силами химических взаимодействий вдоль цепных молекул. Следовательно, изменение размеров образцов при переориентации, т. е. протяженность участка II ( площадки ) на кривой напряжение—деформация, также определяется соотношением сил межмолекулярных взаимодействий и сил химической связи. Это дает все основания для утверждения, что протяженность участка II, т. е. соотношение размеров сечений исходной и переориентированной частей образца, является характеристикой природы кристаллического полимера. [c.300]

    В предыдущих работах были исследованы такие кристаллические полимеры, как полиамиды, полиэтилены, сополимер хлорвинила с хлорвинилиденом и гуттаперча. Каждый из этих полимеров обладает определенным комплексом свойств, обусловленных химическим составом и строением цепи, однако у всех упомянутых полимеров имеется и ряд общих свойств высокая прочность при сравнительно малом молекулярном весе, скачкообразное изменение механических свойств в образцах при больших деформациях, возникновение шейки нри растяжении образцов, форма кривой на графиках усилие — удлинение и т. д. [c.303]

    Структурные превращения при больших деформациях одноосного растяжения ППО в широком интервале температур. Из полученных экспериментальных данных по изучению деформаций ППО, обладающих крупносферолитной структурой (размер сферолитов 250 и более) (рис. 2), видно, что в области температур от —110 до 50° образцы обладают высокой разрывной прочностью, уменьшающейся с ростом температуры и разрушаются без заметной деформации, нри этом форма и размеры сферолитов остаются практически неизменными (рис. 3, о). От —45 до 0° наблюдается развитие деформаций порядка 150% и снижение прочности с ростом температуры. На рис. 3, б показано, что эти деформации обусловлены растяжением самих сферолитов. Следует обратить внимание на то, что в определенном интервале температур прочности образцов изменяются с температурой, а разрывные удлинения оказываются практически постоянными. В области температур от 10 до 50° в образцах реализуются деформации свыше 300% и весь процесс растяжения, как это видно из рис. 2, проходит по трем стадиям, причем форма кривых растяжения является типичной для кристаллических полимеров. Одпако в этом эксперименте по-новому проявляется характер разрушения надмолекулярной структуры. [c.424]

    Для характеристики полимеров исиользуют понятие степепи к р и с т а л л и ч и о с т и, или коэфф. кристалличности. Стеиепь кристалличности показывает, какая часть полимера закристаллизована и входит в состав кристаллич. областей. Значепие этой величины в зависимости от условий кристаллизации и способа обработки для большинства полимеров колеблется от 20 до 80%. Встречаются случаи, когда степень кристалличности мепьше 20% (поливипилхлорид, нек-рые каучуки) и больше 80% (кристаллы полиэтилена). Она снижается при уменьшении регулярности цепи, иапр. степень кристалличности полиэтилена пизкой плотпости меньше, чем полиэтилена высокой плотности. Наличие в структуре полимеров кристаллических и аморфных областей является причиной их основных специфич. свойств. Наряду с большой прочностью, к-рой характеризуются все кристаллич. тела, кристаллические полимеры при определенных темп-рпых условиях обладают способностью к сравнительно большим обратимым деформациям благодаря существованию в их структуре аморфных участков. Плавление кристаллич. иолимеров, в отлпчие от иизкомолекулярных веществ, происходит в большом темп-рном интервале. [c.593]

    При вытяжке кристаллических полимеров происходит выпрямление тех частей макромолекул, которые проходят через аморфную область. Одновременно беспорядочно расположенные кристаллиты разрушаются (плавятся) и образуются новые кристаллиты, расположенные параллельно плоскости растяжения. Увеличение прочности и гибкости обусловливается как процессами ориентации и распрямления макромолекул в аморфной области, так и (в особенности) про-иессами ориентации кристаллитов. Наложение обоих типов процессов в значительно большей степени увеличивает прочность, чем это наблюдается при деформации аморфных полимеров. [c.145]

    Как будет показано дальше, разрыву стеклообразных и кристаллических полимеров также предшествуют большие деформации. Без предварительной деформации полимерные материалы разрушаются только при очень низких температурах, при этом происходит разрыв химических связей между звеньями в главной цепи полимера (хрупкое разрушение). Вследствие большой энергии химических связей прочность полимеров при хрупком разрушении (хрупкая прочность) очень высока (600—300 кгс1см ) и значительно превышает прочность соответствующих низкомолекулярных веществ. [c.226]

    В этой связи особое значение приобретает модификация свойств аморфных и кристаллических полимеров путем их холодной вытяжки, в результате которой полимеры приобретают характерную структуру, определенным образом влияющую на их механическое поведение. Но если механическому поведению полимеров при холодной вытяжке (обратимости деформации, повышению прочности и модуля холодновытянутых полимеров и др.) посвящено большое число исследований, то другим процессам — фибриллизации, микрорастрескиванию, которые сопровождают холодную вытяжку полимеров, уделялось значительно меньше внимания. [c.4]

    Последовательное рассмотрение явления образования шейки как релаксационного перехода проведено в работах Ю. С. Лазур-кина 1 127. Позднее близкие или аналогичные объяснения предлагались в ряде работ (например Основная идея этой теории сводится к совместному рассмотрению двух явлений, происходящих при растяжении — ориентационному упрочнению при больших деформациях и размягчению из-за экспоненциального уменьшения времени релаксации под влиянием приложенных напряжений. Ориентационное упрочнение состоит в ориентации различных форм структурных образований при растяжении, что приводит к повышению жесткости и прочности материала. Этот процесс может осуществляться не только путем чисто геометрического поворота структурных элементов. Не исключена также возможность частичного или полного разрушения тех или иных связей или элементов структуры, препятствующих ориентации. Поэтому теория ориентационного упрочнения не исключает возможности фазового перехода в кристаллических полимерах, осуществляемого па молекулярном или надмолекулярном уровнях. Условию формирования стабильной шейки согласно рассматриваемой концепции отвечает равновесие процессов ориентационного упрочнения и вынужденноэластических деформаций, развивающихся вследствие повышения подвижности структурных элементов при уменьшении времени релаксации. [c.192]

    Показанная на рис. 26 характерная кривая не всегда реализуется полностью у кристаллических полимеров. Процесс деформации кристалл 1ческих полимеров очень сильно зависит от температуры и молекулярного веса полимера. На рис. 29 i 30 представлены эти зависимости. Как видно из графиков, при очень низких температурах образец разрушается на первой стадии растяжения. Это сгязано с тем, что напряжение рекристаллизации возрастает с понижением температуры и становится больше прочности полимера. Поэтому разрушение происходит раньше, чем начинается процесс рекристаллизации. С повышелием температуры возникает шейка , но так [c.108]

    Так, например, было показано [39], что исходный тип надмолекулярной структуры полипропилена по-разному (в зависимости от скорости растяжения и температуры) определяет прочность этого полимера. Хотя (независимо от размера кристаллических образований) перед разрывом этот материал обладает фибриллярной структурой, перестройка различных исходных образований происходит не одинаково и обеспечивает различную прочность при разных скоростях деформации. Детальный анализ выявил роль различной кинетики перестройки сферолитов разного происхождения. Мелкокристаллическая структура исследованного полипропилена обеспечивает большую прочность только при тех скоростях растяжения, при которых успевает развиваться вынужденноэластическая деформация. При больших же скоростях прочнее оказываются образцы, подвергшиеся отжигу, т. е. с крупносферолитной структурой. Исследование перестройки структуры полипропилена в процессе разрыва образцов показало, что эта перестройка происходит различно в зависимости от исходной структуры образцов, температуры и скорости растяжения. [c.43]

    Сложный характер деформационных процессов в кристаллических полимерах обусловливает и сложный характер зависимости механических характеристик от скорости деформирования. Так, кривая зависимости предела прочности и напряжения рекристаллизации от скорости деформации проходит через максимум и отчетливо подразделяется на три участка На каждом из этих участков преобладает определенный механизм деформации (вынужденная эластичность или пластическое течение). Для объяснения зависимостей Орекр от температуры и скорости деформирования рассматривают влияние двух процессов расстекловывания аморфной и плавления кристаллической частей полимера. [c.263]

    Таким образом, проявление хрупкости и деформационные свойства различных аморфно-кристаллических полимеров во многом зависят от содержания в них аморфной части. Способность аморфных участков полимера к вынужденно-эластической деформации существенно определяет свойства полимерного тела значение температуры хрупкости Гхр, напряжения рекристаллизации сТрекр и предела хрупкой прочности 0JJP- [c.279]

    Прп горячем формовании аморфных термопластов процесс протекает в относительно широком интервале температур. Прп переработке этим же методом частично-кристаллических полимеров процесс протекает в более узком интервале температур. С достижением температуры стеклования в аморфной части. хотя и имеет место микроброуновское движение, однако достижению вязкопластпческих свойств препятствует усиливающееся воздействие кристаллических частей полихмеров. Наконец, в непосредственной близости от температуры плавления кристаллов в очень узко.м интервале температур наблюдается некоторое снижение разрывной прочности и увеличение деформации растяжения, т. е. только в узком интервале температур возможно формование частично-кристаллических полимеров горячим методом. [c.416]

Смотреть страницы где упоминается термин Деформация и прочность кристаллических полимеров: [c.194]    [c.232]    [c.234]    [c.348]    [c.232]    [c.234]    [c.232]    [c.135]    [c.186]    [c.10]   
Смотреть главы в:

Прочность и разрушение высокоэластических материалов -> Деформация и прочность кристаллических полимеров



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Деформации полимера

Деформация и прочность полимеров



© 2025 chem21.info Реклама на сайте