Вязкоупругость и релаксация

Чисто эластическое деформирование механически полностью обратимо и не связано с разрывом цепи или ползучестью. Однако в реальном каучуке, как и в любом вязкоупругом твердом теле, энергетическое и энтропийное упругое деформирование представляет собой вязкое течение. Отсюда следуют релаксация напряжения при постоянной деформации, ползучесть при постоянной нагрузке и диссипация энергии при динамическом воздействии. Поэтому при моделировании макроскопических механических свойств вязкоупругих твердых тел даже в области деформации, где отсутствует сильная переориентация цепей, следует использовать упругие элементы с демпфированием, содержащие пружины (модуль G) и элементы, учитывающие потери в зависимости от скорости деформирования (демпфер, характеризующийся вязкостью ti). Простейшими моделями служат модель Максвелла с пружиной (G) и демпфером (ti), соединенными последовательно, и Фохта—Кельвина с пружиной (С) и демпфером, соединенными параллельно. В модели Максвелла время релаксации равно t = t]/G, а в модели Фохта—Кельвина то же самое время релаксации более точно называется временем запаздывания. В феноменологической теории вязкоупругости [55] механические свойства твердого тела описываются распределением основных вязко-упругих элементов, характеризуемых в основном временами релаксации т,-. Если известны спектры молекулярных времен релаксации Н(1пт), то с их помощью в принципе можно получить модули вязкоупругости [14Ь, 14d, 55]. Зависимый от времени релаксационный модуль сдвига G t) выражается [c.39]

В гл. 7 были рассмотрены основные характеристики вязко-упругого поведения, причем особо было подчеркнуто существование температурно-временной эквивалентности и указано на общие для всех полимеров представления о зависимости протекающих процессов от скорости деформации, о свободном объеме и динамике длинноцепных молекул. Теперь следует более конкретно обсудить природу вязкоупругой релаксации на молекулярной основе, связывая ее с различными химическими группами в молекуле, и на физической основе, ставя ее в зависимость от структуры, т. е. от особенностей молекулярных движений в кристаллических и аморфных областях. [c.154]

ВЯЗКОУПРУГАЯ РЕЛАКСАЦИЯ В ПОЛИМЕРАХ [c.3]

Книга продолжает серию, начатую небольшой монографией под редакцией Р. Бойера Переходы и релаксационные явления в полимерах ( Мир, 1968 г.). В составлении данного коллективного издания приняли участие ведущие специалисты США, Японии и других стран. Приведенные материалы отражают последние достижения мировой науки в области изучения различных проявлений вязкоупругой релаксации в полимерных материалах. Основное направление работ, вошедших в книгу, — установление корреляций между молекулярной структурой полимерной цепи и характерными эффектами вязкоупругой релаксации. [c.4]

Настоящее издание призвано в известной степени ликвидировать указанный пробел в переводной литературе. В него вошли доклады конференции Американского химического общества, на которой рассматривались три группы вопросов — теоретические аспекты линейной вязкоупругости, экспериментальное изучение релаксационных свойств ряда твердых полимеров и исследование вязкостных и вязкоупругих свойств полимерных систем, находящихся в текучем состоянии. Перечисленным не исчерпывается вся проблематика вязкоупругой релаксации в полимерах, но названные вопросы представляют важнейшие ее стороны, к тому же наиболее близкие к задачам практического применения полимерных материалов. [c.6]

Если за стандартную температуру принять точку стеклования, то l —17,44 и a = 51,6. Если же стандартные температуры выбираются произвольно с целью получить наиболее подходящую универсальную функцию (см. табл. XVI.2, где приведены такие стандартные температуры для различных полимеров), то универсальные значения констант составят == —8,86, С — 101,6. Разность Ts Tg примерно равна 43 °С для весьма разнообразных полимеров. Ранее уже говорилось, что уравнение Вильямса — Лэндела — Ферри играет важную роль в принципе температурно-временной суперпозиции процессов вязкоупругой релаксации (гл. IX). [c.266]

Макроскопическую релаксацию напряжения в полностью аморфных материалах обычно описывают на основе теории вязкоупругости (см., например, Ферри [31]). Частичнокристаллические материалы ведут себя более сложным образом. В этом случае на релаксационные процессы влияет степень кристалличности, распределение кристалли тов по размерам, структура меж фазных поверхностей, ориентация кристаллитов за счет проходных макромолекул, тип и концентрация дефектов в кристаллах и конформация аморфных частей макромолекул [58]. Простейшая модель вязкоупругой релаксации в аморфных материалах была предложена Максвеллом. Она состоит из соединен ных последовательно пружины и демпфера. Релаксация напряжения S при постоянной деформации выражается экспоненциальным уравне нием [c.460]

Уменьшение напряжения при постоянной деформации называется релаксацией. Применяется также термин релаксация напряжения в отличие от релаксации деформации. Так как этот последний термин здесь не применяется, слово напряжение для краткости опускается. Предполагается, что деформация создается мгновенно, а затем удерживается постоянной. Если деформация медленная, то релаксация напряжения может частично или полностью пройти за время создания деформации. Релаксация, протекающая в результате вязкого течения, называется максвелловской релаксацией. Релаксация, протекающая вследствие запаздывающей упругой деформации, называется вязкоупругой релаксацией. [c.9]

В рамках линейной теории вязкоупругости релаксация напряжения (при заданной деформации е = onst) выражается уравнением [c.59]

Измерения ударной прочности. Если время приложения нагрузки мало по сравнению с характеристическим временем вязкоупругой релаксации, то в образце появляются трещины. Существуют различные способы измерений ударной прочности. Обычно опыт проводят па образце с особыми надрезами, которые позволяют сконцентрировать напряжения и соответственно локализовать места появления трещин. [c.331]

Локальные молекулярные напряжения частично можно устранить за счет проскальзывания цепей или распутывания молекулярных клубков. В термопластах времена релаксации, соответствующие вязкоупругим деформациям при комнатной температуре, имеют порядок от миллисекунд до минут, т. е. меньше длительности механического воздействия или сравнимы с ней. Тогда при быстром нагружении можно достичь высоких [c.197]

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]

Необходимо отметить, что в опытах Тобольского [25] постоянное удлинение составляло 10%, тогда как в обычных приборах, где исследуют химическую релаксацию, образец деформируется на 50 /о- Столь низкое удлинение использовалось, видимо, для того, чтйбы избежать вклада в вязкоупругую релаксацию механических разрывов слабых структур. [c.150]

Таким образом, в модели ЧДС, в отличие от теории КСР, предполагается, что перемещение некоторых точек в цепи ограничено из-за дополнительного сопротивления, вследствие чего их движение замедляется. Поведение такой цепочки, содержащей узлы, замедляющие ее движение, было исследовано методами, аналогичными изложенным выше при рассмотрении модели КСР. Это привело к предсказанию существования спектра времен релаксации, состоящего из двух областей. В области малых времен релаксации замедляющие движение узлы никак не влияют на вязкоупругую релаксацию, и их присутствие не сказывается на форме сцектра времен релаксации, который в этой области полностью обусловлен движением коротких участков цепи. В длинновременной области, связанной с движением участков цепи, длина которых соизмерима или больше расстояния между узлами, спектр, рассчитанный для модели КСР, смещается без изменения его формы в сторону больших времен релаксации на величину, пропорциональную б. В теории ЧДС величина б представляет собой параметр, который подбирается в за- [c.282]

Молекулярные модели приводят практически к тем же количественным результатам, что и собственно феноменологические модели, с той лишь разницей, что константам, входящим в итоговые формулы, придается определенный физический смысл. Этот результат естественен, поскольку молекулярные модели оперируют теми же исходными понятиями и представлениями, что й феноменологические модели. Важнейшими из них являются во-первых, понятие о релакса-ционпбм спектре системы и влиянии интенсивности деформирования на релаксационные свойства системы и, во-вторых, способ перехода от конвективной системы координат к неподвижной. Первое Зачитывает специфику реакции полимерной- системы на внепшее воздействие как вязкоупругой релаксации второе — геометрические эффекты, обусловленные большими упругими деформациями среды. Сочетанием этих факторов определяются практически все наблюдаемые или теоретически рассматриваемые особенности реологических свойств полимерных систем в любых режимах деформирования. В зависимости от геометрии деформации (например, при растяжении или при сдвиге) взаимное влияние этих факторов может быть различ-" ным, что приводит к различиям в проявлении реологических свойств системы в зависимости от схемы деформирования. [c.416]

При осуществлении деформирования в режиме е = onst наблюдается рост критических напряжений а с повышением скорости деформации (рис. 6.17), причем ход зависимости предельных деформаций е (рис. 6.18), по смыслу подобный показанному на рис. 6.16 для режима а = onst, остается экстремальным. Кривые, изображенные на рис. 6.17 и 6.18, построены приведением исходных точек к одной температуре смещением вдоль оси lg е, аналогично тому, как это следует из принципа температурно-скоростной суперпозиции (см. гл. 3). При этом существенно, что температурный коэффициент приведения а , использованный для построения рис. 6.17 и 6.18, равен отношению вязкостей при соответствующих температурах. Отсюда следует, что разрывы линейных полимеров выше температуры стеклования тесно связаны с механизмом вязкоупругой релаксации при сегментальном движении цепи, но отнюдь не с механодеструкцией макромолекул. [c.428]

Эта величина, конечно, идентична отношению действительной и мнимой компонент комплексного модуля упругости, т. е. тангенсу угла механических потерь. При отсутствии вязкоупругих явлений произведение aXj лишь незначительно зависит от температуры, оставаясь на уровне 0,05 — 0,1, что обусловлено механизмами структурного [5] или фонон-фононного [12, 19] рассеяния. Появление вязкоупругой релаксации обусловливает резкое возрастание в некоторой области температур. Для случая, когда произведение велико, Монтроз с соавторами [20] показал, что наилучшим приближенным соотношением является формула [c.212]

Когда Ve и 7 соизмеримы между собой, это означает, что часть процессов вязкоупругой релаксации закончилась, приведя к появлению необратимых деформаций, а другие составляющие спектра релаксационных явлений, не успевшие завершиться за выбранную длительность нагружения, обусловливают накопление высокоэластических (обратимых) компонент полной деформации. Этот вывод иллюстрируется рис. V.1, на котором представлены временные зависимости податливости J (i), рассчитываемой как отношение полной деформации к задаваемому напряжению, и ее компонент — обратимой п необратимой составляющих деформации, также нормированных по напряжению (цитируется по обзору [1], в котором соответствующий рисунок суммирует экспериментальные результаты исследований ряда авторов). Зависимости J (t), полученные при температурах, которые отвечают переходной релаксационной области из стеклообразного в текучее состояние, с помощью метода температурно-временной аналогии были пересчитаны к 100 °С. При этом температурный коэффициент приведения ат принимался пропорциональным отношению вязкостей при 100 °С (ti°) и при произвольной температуре (т)) дополнительно учитывалась темнературно-нлотностная поправка (Грро/ р)- Из рисунка хорошо видно, что при длительности нагружения t порядка 10 с деформации вязкого течения становятся сравнимыми с обратимыми деформациями (у [c.175]

При ударном нагружении ПП (например, до деформации последнего 10,5 % менее чем за 0,1 с) наибольшее поглощение полосы 955 см обнаруживается через = 69 с, когда реализуется значительная часть релаксации напряжения, в то время как при постепенном нагружении со скоростью деформации 10 %/мин наибольшее поглощение соответствует максимуму напряжения при деформации 10,5%. Наибольшее увеличение интенсивности полосы 955 см- (в 3,2 раза) больше при ударном нагружении по сравнению с постепенным нагружением [38]. Поэтому передача молекулярного напряжения в высокоориен-тироваиный ПП представляет собой вязкоупругий процесс, включающий деформирование аморфных областей и противодействие раскручиванию геликоидального упорядочения. Вул [39] провел детальный экспериментальный и расчетный анализ релаксации напряжения, динамического поведения ИК-спектров и разрыва связей. Он пришел к выводу о необходимости учитывать различные степени чувствительности к напряжению кристаллических областей (2,1 см- на 1 ГПа) и отдельных цепей (8 см- на 1 ГПа). Вул показал, что в первую очередь релаксируют наиболее высоконапряженные цепи (952 см- ), внося таким образом вклад в увеличение интенсивности спектров высоких частотах (например, 955 и 960 см- ), а также что разрыва связи не произойдет, если энергия ее активации Но равна или больше 121 кДж/моль. Если Уд =105 кДж/моль, то происходит разрыв очень небольшого числа цепей (вызывая [c.237]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология