Трение полимеров в высокоэластическом состоянии

Особенности трения полимеров в высокоэластическом состоянии. [c.7]

Можно считать, что внешнее трение полимеров представляет собой диссипативный энергетический процесс, приводящий к разрушению и износу поверхностных слоев твердых тел. Все до сих пор сказанное имеет общее значение для твердых тел любой природы, включая и твердые полимеры (пластмассы). Сила трения полимеров, находящихся в стеклообразном и высокоэластическом состояниях, также имеет адгезионный и гистеризисный компоненты (механические потери). Адгезионная составляющая отражает поверхностный эффект, обусловленный молекулярно-кинетическими процессами, а гистеризисная связана с объемными процессами деформирования микровыступов. Проявление адгезионного механизма трения в случае гладкой поверхности и в случае шероховатой поверхности приводит к существенно разным результатам. При скольжении полимера по твердой поверхности с четкой макроструктурой с большой скоростью в сухих условиях- появляются и адгезионная, и гистерезисная составляющие. [c.358]

В стеклообразном состоянии наблюдается низкотемпературный максимум силы трения F. При этом отклонение экспериментальной температурной зависимости F от теоретической объясняется главным образом уменьшением площади фактического контакта твердого полимера по сравнению с полимером в высокоэластическом состоянии. [c.365]

ОСОБЕННОСТИ ТРЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ В ВЫСОКОЭЛАСТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ [c.367]

Природа трения полимеров в высокоэластическом состоянии — молекулярно-кинетическая она связана главным образом с механическими потерями в поверхностном мономолекулярном слое полимера. Механические потери в объемах шероховатостей самого полимера не столь существенны. Молекулярный механизм трения полимеров в высокоэластическом состоянии (состоящих из гибких линейных молекул, связанных в пространственную сетку и находящихся в интенсивном тепловом движении) заключается в следующем. Под действием теплового движения цепи полимера непрерывно изменяют свою конформацию, а те из них, которые выходят на поверхность полимера, могут сцепляться с твердой поверхностью металла. Участки макромолекул находятся в контакте с твердой поверхностью ограниченное время, а затем совершают перескок в новое место контакта, преодолевая молекулярные силы сцепления с твердой поверхностью. Если тангенциальная сила равна нулю, то> цепи находятся в ненапряженном состоянии и перескоки цепей равновероятны по всем направлениям поверхности. Если тангенциальная сила отлична от нуля, то вероятность перескоков максимальна в направлении тангенциальной силы и минимальна в противоположном направлении. При установившемся скольжении тангенциальная сила равна направленной в противоположную сторону силе трения. [c.377]

Так как полимерные материалы часто используются в узлах трения и в качестве покрытий, большое практическое значение имеет изучение механизмов их трения и износа. Процессы трения низкомолекулярных твердых тел и полимеров при разных температурах имеют и общие черты, и существенные отличия. Наиболее специфично проявляется трение у полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии. Существенная зависимость характера изменения силы трения при разных скоростях скольжения свидетельствует о релаксационном характере этого процесса. Важное значение имеет правильный учет площади фактического контакта при изменении взаимного расположения трущихся поверхностей. Наиболее резкие изменения трение претерпевает в областях кинетических (стеклование, размягчение) и фазовых (кристаллизация, плавление) переходов, что связано с изменением его механизма. Трение полимеров всегда связано с их износом. При этом износ может рассматриваться как процесс, характеризующий усталость поверхностных слоев полимеров (аналогично тому, как длительное разрушение характеризует объемную усталость). Механизмы износа твердых полимеров и эластомеров, как и характер их. внешнего проявления, существенно отличаются. [c.384]

Согласно Г. М. Бартеневу [29(], при скольжении резиновой смеси (или другого эластомера, который находится в высокоэластическом состоянии) с небольшой (менее 10 мм/мин) скоростью по гладкой полированной стальной поверхности трение связано главным образом с механическими потерями при разрушении и восстановлении адгезионной связи в поверхностном мономолекулярном слое. Механические (гистерезисные) потери в объемах шероховатостей самого полимера здесь несущественны. При этом силу трения Ра можно определить по уравнению [c.81]

Вязкость характеризует деформационные свойства полимера не только в жидкотекучем, но и в высокоэластическом состоянии. Как было отмечено выше, процесс высокоэластической упругой деформации сопровождается действием сил вязкого сопротивления. С другой стороны, течение жидкого полимера, даже если оно начинается при сколь угодно малой величине напряжения, сопровождается накоплением в материале внутренних упругих напряжений, вызванных деформацией клубков под действием сил вязкого трения. В том и другом случае величина вязких напряжений в деформируемом материале, в соответствии с законом внутреннего трения Ньютона, пропорциональна скорости деформации. Соотношение между упругими и вязкими напряжениями в простейшем случае описывается в высокоэластичном состоянии уравнением деформации вязкоупругого твердого тела (тела Кельвина), а в состоянии вязкой жидкости — уравнением деформации вязкоупругой жидкости (тела Максвелла). [c.818]

Наличием у полимеров спектра времен релаксации обусловлено то, что релаксационные явления в одном и том же полимере могут проявляться по-разному в различных условиях испытания. Мы уже знаем, что максимальные гистерезисные потери наблюдаются в области, переходной от стеклообразного к высокоэластическому состоянию, когда время действия силы близко к времени релаксации сегментов. Но в области стеклообразного состояния могут совершаться другие конформационные изменения, что приведет к появлению дополнительных максимумов на кривых, например, изменения внутреннего трения или гистерезисных потерь от температуры. [c.114]

Несмотря на различие механизмов износа, очевидно, что во всех случаях он протекает при наличии сложнонапряженного состояния и при больших скоростях деформаций, т. е. в условиях, весьма далеких от условий определения прочности резин при растяжении, далеких и по основному параметру, определяющему прочность полимеров в высокоэластическом состоянии, — степени развития ориентации перед разрушением. Таким образом, можно ожидать, что вклад прочности в сопротивляемость резины износу должен быть меньше, чем это следует из данных по прочности при растяжении. Учитывая, что активные наполнители являются мощным средством воздействия на прочность резин, попытаемся оценить их влияние на сопротивление износу через этот параметр. Очевидно, для этого следовало бы исключить или оценить вклад влияния наполнителя на износ через его воздействие на модуль упругости, коэффициент трения, а также на химическую сторону процесса, существенную для усталостного износа и износа посредством скатывания. [c.208]

ТРЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ В ВЫСОКОЭЛАСТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ [c.90]

В высокоэластическом состоянии подвижность полимерных цепей велика, и это определяет общие закономерности и природу трения высокоэластических полимеров. Здесь ярко выражена зависимость силы трения от скорости скольжения, температуры и давления. Теоретической основой и интерпретацией этих закономерностей являются молекулярно-кинетические представления о подвижности молекул полимера на границе контакта с твердым телом. Разработанная на основе этих представлений общая теория трения высокоэластических полимеров позволила не только объяснить ряд важных экспериментальных зависимостей, но и предсказать новые. [c.90]

Молекулярно-кинетические представления о механизме внешнего трения полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии (резины, каучуки и т. п.), были впервые теоретически рассмотрены одним из авторов. В работе [5] им была получена теоретическая зависимость силы трения от скорости скольжения и температуры. Рассмотрим основные положения этой теории. [c.92]

Механизм износа зависит от физического состояния полимерных покрытий в процессе трения [48]. В стеклообразном состоянии полимеры обладают низкой износостойкостью к трению, в высокоэластическом — высокой. Увеличение толщины покрытия приводит к снижению износа. [c.240]

При испытании полимеров в высокоэластическом состоянии вследствие большой гибкости макромолекул потери на внутреннее трение, накапливаясь от цикла к циклу, обусловливают непрерывное увеличение температуры. Одновременно с повышением температуры увеличивается отдача тепла в окружающую среду и происходит уменьшение внутреннего трения. Поэтому естественно ожидать и в этом случае стабилизации температуры. Однако опыт показывает, что при утомлении вулканизатов температура непрерывно возрастает вплоть до разрушения образцов. [c.281]

Подробные исследования зависимости силы трения полимеров от температуры показали, что в общем виде зависимость F = (f T) для аморфных полимеров может быть изображена кривой, представленной на рис. 2.26. Кривую f = ф(Т) можно условно разделить на три участка участок I соответствует высокоэластическому состоянию полимера, II — переходной области и 111 — стеклообразному состоянию. [c.101]

Возрастание силы трения с понижением температуры на участке / обусловлено тем, что в высокоэластическом состоянии определяющую роль играет компонента и понижение температуры сопровождается уменьшением частоты разрывов адгезионных связей за счет флуктуации тепловой энергии. В переходной области (участок II) с уменьшением температуры в месте роста надрыва полимера снижается его ориентация, и поэтому легче разрушаются связи между трущимися поверхностями. [c.101]

Рис. 10.8. Зависимость коэффициента трения от скорости скольжения для полимеров в стеклообразном (1) и высокоэластическом (2) состоянии.

Модель Рауза, используемая во многих теоретических работах [74—81], основана на представлении о субцепях, которые могут быть сегментами (по Каргину и Слонимскому) или могут включать несколько сегментов. Суть сводится к следующему. Линейная макромолекула условно разбивается на г одинаковых отрезков — субмолекул (субцепей), внутри которых равновесие предполагается установившимся. Это значит, что рассматривается состояние вдали от температуры стеклования (или для достаточно больших времен воздействия на полимер). Вязкое сопротивление движению макромолекулы в окружающей среде считается сосредоточенным в точках соединения субмолекул, которые ведут себя аналогично стоксовым шарикам в вязкой жидкости и характеризуются коэффициентом подвижности .г. Последний обратно пропорционален числу молекулярных звеньев в субмолекуле и так называемому мономерному коэффициенту трения Размеры субмолекулы должны быть минимальными, но достаточными, чтобы она подчинялась гауссовой статистике. Тогда субмолекула будет действовать на соседние точки сочленения с силой, пропорциональной расстоянию между этими точками в соответствии с законами высокоэластической деформации, т. е. подобно энтропийной, или гауссовой пружине. [c.133]

Природа низкотемпературного максимума силы трения объясняется существованием максимума механических потерь, так как роль гистерезисных потерь при трении полимера в стеклообразном состоянии возрастает. При переходе полимеров из стеклообразного в высокоэластическое состояние изменяется молекулярный механизм трения, связанного с механическими потерями в объеме, что приводит к появлению резко выраженного максимума. Природа этого явления состоит в следующем. Упругие свойства полимеров в высокоэластическом состоянии практически не изменяются (т. е. модуль упругости onst), поэтому 5ф при постоянной нагрузке остается практически постоянной. При возрастании модуля упругости в результате понижения температуры 5ф резко уменьшается [c.365]

При переходе из высокоэластического состояния в стеклообразное происходит замена одного молекулярного механизма трения другим. В стеклообразном состоянии сила трения образуется из вкладов взаимосвязанных адгезионной и объемно-механической-составляющих. Чем больше адгезионная составляющая, тем больше и объемно-механические потери, которые связаны с внутренним трением в самом полимере. Низкотемпературный максимум при температуре Гм2 существенно связан с механическими потерями в самом полимере, так как при многократных деформациях при этой же температуре наблюдается максимум потерь, связанный с замораживанием подвижности малых участков полимерных цепей. При исследовании фрикционных свойств эластомеров в атмосфере при повышенных температурах на кривой р= Т) (рис. 13.12) появляется еще высокотемпературный максимум, связанный с ин--тенсификацией процессов окисления поверхностных слоев. [c.376]

Таким образом, в высокоэластическом состоянии механические потери в самом полимере дают весьма малый вклад в силу трения которая в основном определяется рассеянием энергии в поверхностном молекулярном слое при многократных деформациях поверхностных полимерных цепей в процессе непрерывного разрушения и восстановления ван-дер-ваальсовых связей между полимерными цепями и твердой поверхностью металла, т. е. адгезионной составляющей силы трения, определяемой из молекулярно-кинетической теории трения по уравнению вида [c.377]

Анализ экспериментальных данных изучения износостойкости полимеров, находящихся в высокоэластическом (резины) и стеклообразном (пластмассы) состояниях, свидетельствует о том, что-износ — явление сложное, отражающее комплекс процессов, протекающих как в граничных слоях полимера, так и на поверхности трения. Между износом и внеи1ним трением полимеров существует прямая связь. Чаще всего износ полимерных материалов обусловлен их усталостным разрушением в результате многократной деформации полимера в пятнах фактического контакта. Усталостный износ более характерен для полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии. Другой вид износа связан с процессом резания системой, имеющей острые выступы поверхности полимера. Этот так называемый абразивный износ более характерен для твердых полимерных материалов (различных пластмасс). Если усталостный износ можно рассматривать как многоактный процесс, то абразивный износ является процессом одноактным. При трении полимеров по гладким поверхностям обычно имеет место усталостный износ, а при трении по шероховатым поверхностям — абразивный износ. [c.382]

Каучуки, резины, некоторые каучукоподобные полимеры, а также набухшие жесткоцепные полимеры являются типичными высокоэластическими материалами в различных интервалах температур. Полимеры, находящиеся в высокоэластическом состоянии, широко используются в технике, главным образом, в виде различных резинотехнических изделий (уплотнителей, клапанов, амортизаторов и др.), автомобильных и аваиационных шин и т. д., где фрикционные свойства резин являются для эксплуатации изделий важнейшими. Основные технические свойства высокоэластических материалов низкие модули упругости, большие коэффициенты трения и хорошие амортизирующие способности. Требование стабильности этих свойств заставляет использовать резины в тех температурных областях и частотно-временных режимах нагружения, в которых деформации близки к условно-равновесным. [c.15]

В предыдущих главах были рассмотрены основные закономерности трения полимеров, находящихся в стеклообразном и высокоэластическом состояниях. Любые полимеры могут находиться в определенных условиях и в вязкотекучем состоянии. Примером могут служить невулканизованные каучуки, расплавы полимеров и смеси на их основе. Фрикционные свойства таких материалов обладают рядом особенностей. Эта область внещнего трения изучена очень слабо, что обусловлено в первую очередь экспериментальными трудностями. [c.144]

Усталостный износ пластмасс изучен очень слабо. В стеклообразном состоянии пластмассы характеризуются в основном абразивным механизмом износа как при скольжении по абразивному полотну, так и по твердым шероховатым поверхностям [56]. Кристаллические полимеры, обладающие высокоэластической компонентой, изнашиваются подобно резинам. Влияние температуры на износостойкость пластмасс можно рассмотреть с точки зрения изменения константы а в выражении (6.25). В работах Ратнера, Лурье и Фарберовой [16, 56—59] показано, что в случае усталостного износа а >1. Так как а характеризуется числом циклов деформации, разрушающих материал, и с увеличением температуры возрастает, то при переходе от хрупкого к нехрупкому состоянию полимера повышение температуры трения приводит к увеличению доли усталостного механизма износа и возрастанию общей износостойкости пластмасс. Было также отмечено, что с повышением температуры износ по абразивной шкурке приобретает характер усталостного износа. Исходя из молекулярного механизма явления, усталостный износ связан с долговечностью материала. Ратнер предположил, что механизм истирания имеет термоактивационную природу разрушения и характеризуется отношением [c.173]

В работе [48] изучали электризацию тонких пленок из поликарбоната (ПК), поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилентерефталата (ПЭТФ), полипропилена (ПП) трением по платине, а также трением ПК по ПВХ в зависимости от температуры в диапазоне от —20 до 120 °С. Поскольку даже при повышенной температуре ps полимеров очень высоко (для ПВХ при 100°С р > 10 Ом), потери заряда на утечку крайне малы. Замечено, что при умеренном изменении высокоэластических свойств полимеров с температурой изменение количества статического электричества Р также невелико. В точке перехода полимера в стеклообразное состояние значение Q проходит через максимум и затем понижается. Авторы [48] полагают, что высокоэластические свойства материалов в зоне контакта влияют на 50 [c.50]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология