Сетки полимерные деформация

Обратимая деформация пространственной сетки полимерного субстрата, построенной из таких статистических клубков, приводит к изменению конфигурационной энтропии Дб к- Вместе с тем деформируемость такой сетки характеризуется модулем высокоэластичности [c.138]

Таким образом, это еще одна из трактовок, не требующая введения вклада энергетической составляющей в высокоэластическую силу полимерных сеток при равновесных деформациях. Следовательно, наблюдаемый эффект не изменяет вывода о том, что полимерные сетки при деформациях до 100—200% имеют энтропийную природу деформации. [c.75]

В заключение необходимо отметить, что своеобразные процессы механического разрыва и рекомбинации химических связей приводят к возникновению еще одной весьма перспективной возможности — формования материалов, не текущих в обычных условиях. Действительно, в процессе переработки полимера устанавливается равновесие между системой химически связанных молекул и системой бирадикалов, образовавшихся в результате обрывов сетки полимерных цепей. Если исходным материалом является нетекучий пространственно структурированный полимер, неспособный формоваться без разрушения молекул, то устанавливающееся в процессе переработки равновесие между продуктами деструкции и рекомбинации можно сместить действием очень больших сил и путем образования бирадикалов превратить нетекучий полимер в способный к пластическим деформациям материал. После прекращения действия сил быстро образуется полимер с достаточно высоким молекулярным весом и большой устойчивостью формы. Таким образом получают объяснение такие процессы, как ударное прессование полимеров, механизм которых до сих нор не был выяснен. [c.315]

Наличие жесткого наполнителя приводит к отсутствию свободной деформации пространственной сетки полимерной матрицы и существенному вкладу наполнителя в образующуюся структуру за счет изменения числа поперечных химических связей [14]. В процессе ограниченного набухания наполненных пластмасс. может происходить нарушение взаимодействия между полимером и поверхностью наполнителя связи на границе раздела рвутся, и вокруг наполнителя образуются пустоты макроскопических размеров, Пустоты заполняются растворителем, и при пересчете на связую-шее оказывается, что водопоглощение наполненных полимеров превышает сорбцию неармированного связующего. Это обстоятельство, по мнению Ю. С. Липатова, может приводить к ошибочной интерпретации результатов сорбционных испытаний. [c.117]

ПРИРОДА ВЫСОКОЙ ЭЛАСТИЧНОСТИ И УРАВНЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПОЛИМЕРНОЙ СЕТКИ [c.69]

Ура нение состояния полимерной сетки ф Уравнение деформации идеальной резины [c.69]

Постановка задачи и предположения ф Деформация н энтропия отдельное цепи сетки ф Высокоэластический потенциал полимерной сетки ф Уравнении деформации полимерной сетки [c.107]

Уравнения деформации полимерной сетки [c.110]

Из приведенных в этом разделе работ видны успехи в развитии статистической теории деформации полимерной сетки. Вместе с тем, следует отметить, что отсутствует общепризнанная негауссова теория сеток, учитывающая как молекулярные взаимодействия, так и топологию реальной сетки. [c.122]

Статистические уравнения макромолекулы применяются затем для теории деформации полимерных сеток, у которых роль макромолекул, связанных между собой химическими поперечными связями (узлами), играют полимерные цепи (отрезки макромолекул) между соседними узлами сетки, причем число звеньев в таких полимерных цепях сетки еще достаточно велико (редкие сетки). [c.123]

Аномалия вязкости полимерных систем связана с комплексом структурных изменений, происходящих при деформировании. К та- ким изменениям при сдвиговых деформациях прежде всего отно- сится механическое разрушение пространственной сетки, образо- ванной межмолекулярными связями. [c.154]

Связь нагревостойкости со структурой и химическим строением полимеров. Стойкость полимерных материалов к кратковременным тепловым воздействиям определяется их структурой. Материалы, имеющие пространственную структуру, отличающиеся малой подвижностью звеньев, весьма стойки к деформациям при повыщенных температурах. Чем плотнее трехмерная сетка, тем материал в большей степени сохраняет форму под действием нагрузок и высоких температур. По стойкости к деформациям при повышенной температуре выгодно отличаются композиционные материалы с термореактивными связующими, имеющими каркас из волокнистых материалов.. [c.76]

Первый тип связи - сшивание нескольких полимерных цепей -называется межмолекулярной или межцепной сшивкой. Сшивки этого типа удерживают полимерные цепи вместе и ответственны за образование полимерной сетки, являющейся основой геля. Когда к сетке прикладывается внешнее напряжение, межмолекулярные сшивки ограничивают деформацию геля и управляют упругостью сетки, поэтому называются упруго-эффективными. Плотность эффективного сшивания является критерием плотности таких сшивок в гелевой сетке. [c.85]

Следует подчеркнуть, что для полимеров в любом релаксационном состоянии характерно сосуществование всех трех видов деформаций - упругой, высокоэластической и вязкого течения - с преобладанием одного из них. Например, у линейных эластомеров (каучуков) на обратимую высокоэластическую деформацию накладывается необратимая деформация течения, причем та и другая развиваются во времени (ползучесть). Вулканизация каучука с образованием редкой сетки не мешает проявлению высокоэластических свойств, но предотвращает процессы течения. Наоборот, деформация вязкого течения расплава полимера сопровождается высокоэластической и упругой деформациями, что способствует распрямлению полимерных цепей, их ориентации и обусловливает способность полимера к волокнообразованию. [c.156]

При рассмотрении в гл. VII деформации полимерной сетки будет использоваться именно это приближение. [c.160]

Классическая статистическая теория равновесной деформации полимерной сетки, развитая Куном [89] и другими учеными [90—92], в качестве модели использует полимерную сетку без дефектов. [c.161]

В классической статистической теории считалось, что упругие силы суть результат изменения энтропии сетки из независимых гауссовых цепей, которые испытывают аффинную деформацию, как и весь образец в целом. Теорию уточняли как относительно статистики отдельных полимерных цепей, поскольку сразу стало ясным, что гауссова статистика не применима для коротких цепей и при больших деформациях [94], так и введением более реального представления о сетке, включая учет [c.164]

Аналогия, замеченная Александровым и Лазуркиным [107], подтверждается зависимостью (VI. 15) для больших растяжений макромолекулы. Ими было показано, что быстропеременная деформация полимерной сетки подчиняется по существу тем же законам, что и электрический момент диэлектрика с жесткими диполями в переменном электрическом поле. [c.169]

В работах [ПО] была сделана попытка дать теорию равновесной высокоэластической деформации полимерной сетки на основании концентрации сегментов как механических диполей. Основной недостаток гипотезы о механическом поле, изложенный в [ПО], заключается в тесной связи ее с моделью сетки и типом деформации. В работе [97], являющейся развитием указанных работ, гипотеза о механическом поле напряжений обобщается на любой вид деформации, что позволяет получить закон для произвольной деформации. [c.169]

Уравнения статистической физики отдельной макромолекулы мы применили для теории высокоэластичности полимерных сеток, у которых роль отдельных полимерных цепей, связанных между собой химическими узлами, играют цепи сетки — участки полимерных цепей между соседними узлами сетки. Число звеньев и сегментов в таких цепях сетки еще достаточно велико (редкие сетки, характерные для сшитых эластомеров). Классическая статистическая теория высокоэластичности полимерной сетки, предложенная Куном, Марком и Гутом, имеет дело с невзаимодействующими цепями сетки, подчиняющимися гауссовой статистике. Эта модель идеальной сетки, где силы при деформации передаются только через узлы сетки, приводит к чисто энтропийной природе высокоэластичности. [c.173]

Аналогичная зависимость жесткости от состава наблюдалась и при использовании другиз полимерных связуюыдах (рис. 2.13,6). Учитывая, что приблизительно в том же концентрационном диапазоне (суммарное содержание наполнителей 40 - 70%) для образцов, содержащих смесь наполнителей, имеет место максимальная величина вклада обратимой деформации в общую деформацию при локальном сжатии (рис. 2.14), можно предположить наличие в таких образцах трехмерной сетки, придающей деформации высокоэластический характер и возникающей при строго определенном соотношении компонентов. Отмеченное явление следует учитывать при изготовлении высоконаполненных полимерных пленок. [c.44]

Последующее молекулярное описание одноосного деформирования неориентированного частично кристаллического полиэтилена характеризует пластическую деформацию волокон, образующих термопласты со сферолитной структурой. Оно может служить иллюстрацией большого разнообразия механизмов деформирования. При деформациях менее 1 % выявляют анизотропные упругие свойства кристаллов (орторомбического) полиэтилена [57] и аморфного материала [53]. При тех же самых условиях имеют место неупругие деформации СНг-групп и сегментов цепей, которые обусловливают низкотемпературные Р-, у- и б-релаксационные механизмы [10, 56]. При больших деформациях (1—5%) происходит дополнительное изменение сегментов цепи, их относительного положения и конформационные изменения (поворот связей). Подробное исследование поведения цепей в аморфных областях было выполнено Петракконе и др. [53]. В кристаллических областях под действием деформаций такого же порядка возникают дислокации и дислокационные сетки (наблюдаемые в ламеллярных кристаллах в виде муаровых узоров). В зависимости от условий внешнего нагружения и типа дислокаций их движение вызывает пластическую деформацию кристалла путем двойникования, смещения плоскостей или фазового перехода орторомбической ячейки в моноклинную. Обширный обзор деформирования полимерных монокристаллов был дан Зауэром и др. [57] и в книге Вундерлиха [3]. Детальный расчет вклада различных структурных элементов и дефектов в деформирование частично-кристаллических полимеров можно найти во многих статьях, из которых здесь приводятся только некоторые [47—62]. Хотя упомянутые выше эффекты обусловливают нелинейность зависимости напряжение—деформация, первоначально существовавшая надмолекулярная организация все еще сохраняется. Подобная деформация называется однородной. [c.41]

Длинные и гибкие цепи полимера способствуют монотонному частично неупругому деформированию материала при постоянной нагрузке, а именно деформации ползучести. В статистических теориях разрушения обычно специально не рассматривается степень деформации при ползучести. Можно напомнить (разд. 3.4, гл. 3), что кинетическая теория Журкова и Буше также не учитывает деформацию ползучести как один из видов деформирования. В теории Сяо—Кауша, разработанной для твердых тел, не обладающих сильной неупругой деформацией, рассматривается зависимость деформации от времени, которая считается, однако, следствием постепенной деградации полимерной сетки. Буше и Халпин специально рассматривают макроскопическую ползучесть, чтобы учесть соответствующие свойства молекулярных нитей, которые в свою очередь оказали бы влияние на долговечность материала. Согласно их теории, запаздывающая реакция матрицы каучука или термопласта вызывает задержку (вследствие влияния на /ь) роста зародыша трещины до его критического размера. [c.278]

Резины — это твердые тела, имеющие пространственную трехмерную сетку из соединенных между собой полимерных цепей, которая препятствует их течению и обеспечивает при каждом уровне деформации существование определенной восстанавливающей силы. В растворах и расплавах полимеров, так же как и в аморфных участках частично-кристаллических гюлимеров выше температуры стеклования, восстанавливающая сила будет со временем уменьшаться. Иначе говоря, в них при внезапном приложении деформации возникают силы (или напряжения), которые релаксируют во времени. Причину такого поведения объясняет выражение (2.1-3). Абсолютная величина А5 с течением времени уменьшается, так как гибкие, жестко не закрепленные цепные молекулы под влиянием теплового движения вновь возвращаются к статистическим конформациям, преодолевая силы межмолекулярного воздействия, препятствующие сворачиванию в клубок (рис. 2.5). [c.43]

Поскольку в настоящее время имеется ряд хороших монографий, посвященных проблемам реологии и, в частности, вязкости полимеров (см., например, [38, 49]), мы ограничимся лишь кругом вопросов, касающихся механизма вязкого течения в связи со структурными и релаксационными принципами, изложенными выше. В частности, уравнение (V. 2) уже дает определенную почву для раздумий на что конкретно расходуется механическая энергия Из вполне очевидного ответа — на разрушение структуры системы — следует немедленно второй вопрос о влиянии скорости воздействия (мерой которой служит градиент у, имеющий размерность обратную времени) на это разрушение и, соответственно, на диссипацию энергии и величину вязкости. При этом выясняется, что всем полимерным системам в вязкотекучем состоянии присуща так называемая аномалия вязкости [термин неудачный, ибо отклонение от формулы (V. 1), вызванное естественными и физически легко интерпретируемыми причинами, вряд ли следует считать аномалией], проявляющаяся в зависимости эффективной (т. е. измеряемой в стандартных условиях, при фиксированных Я и -у) вязкости от Р или от у. Эта аномалия связана как с разрушением структуры системы, так и с накоплением высокоэластических деформаций в дополнение к пластическим (необратимым). Эти деформации и разрушение претерпевает суперсетка, узлы которой образованы микроблоками или, в меньшей мере, перехлестами единичных цепей. При переходе от расплава к разбавленному раствору относительный вклад последних в структуру сетки возрастает, точнее, выравниваются времена их жизни и времена жизни флуктуационных микроблоков. [c.163]

Инверсия теплового сд прежде всего В том, что Б линейных по-аффекта при деформации дцмерах физическая релаксация с течением времени приводит к практически полному исчезновению напряжения, а в полимерных сетках — к так называемому равновесному напряжению, отличному от нуля. К второму классу полимеров относятся высокоэластические матерпалы — резины, для которых деформация в обычных условиях эксплуатации близка к равновесной. Для тех режимов эксплуатации, в которых основную роль играют деформации, не слишком отличающиеся от равновесной, важное значение имеет термодинамика высокоэластической деформации. [c.60]

Чтобы вскрыть физический смысл величин 11], 51, определяющих уравнение состояния резины, рассмотрим полимерную сетку без теплового расширения (с = 0) и сжимаемости (/г = 0). Для нее и=ии 5 = 51 и соотношения (3,24) и (3.31) совпадают, В этом случае под /7 и 5 следует понимать конфигурационные энергию и энтропию, обусловленные изменением конфигурации молекулярных цепей при высокоэластической деформации. Для реального полимера с тепловым расширением и сжимаемостью роль конфигурационных функций состояния играют 1 ] и 5(, Это следует из того, что нарастание высокоэластичности резины определяется изменением последних, а услоинем идеальности является не дШд .) р,т=0, а дих/дХ) р,т О. [c.72]

Имеется и другое объяснение этому эффекту, вытекающее из термодинамического анализа, приведенного в 3.5 этой главы. Из термодинамического анализа следует, что для идеальной полимерной сетки с чисто энтропийной упругостью из двух составляющих внутренней энергии /7= 6 1-Ь /г производная первой составляющей должна быть равна нулю, т. е. ( 71/(9Я)р,т = 0, а производная второй составляющей (ди21дХ) — не равна пулю (вследствие наличия теплового расширения). Значение этой составляющей практически не зависит от деформации растяжения. Если температурный коэффициент линейного расширения для эластомеров 0 2-10 К и коэффициент линейной сжимаемости 10 м МН, то при Я = 2, например, (диг/ дк)р,т= (ди21дХ)р,т составляет примерно 18% от значения высокоэластической силы /. [c.75]

В других теориях во фронт-фактор вместо циклического ранга включаются числа эластически активных цепей либо узлов [69, 70]. Разность между этими двумя величинами, для вычисления которых также успешно применяется теория ветвящихся случайных процессов [71], оказывается равной циклическому рангу сетки [67]. Делаются попытки выяснить [72] влияние на эластическую энергию различных дефектов сетки неактивных и коротких циклов, висячих концов и т. п. Па такие вопросы теория графов может помочь найти ответ. Однако даже для бездефектных сеток в настоящее время нет общепринятой модели высокоэластичности, которая позволила бы однозначно выразить связь между напряжением и деформацией в терминах топологической структуры сетки [68, 72— 74]. Это делает проблему корректного описания полимерных сеток одной из наиболее дискуссионных в настоящее время. [c.175]

Свойства и основные характеристики. B. . обладают специфич. комплексом физ.-хим. и мех. св-в. Важнейшие из них 1) способность образовывать высокопрочные анизотропные волокиа и пленки (см. Ориентированное состояние, Пленки полимерные) 2) способность к большим обратимым, т. наз. высокоэластическим, деформациям (см. Высокоэластическое состояние) 3) способность набухать перед растворением н образовывать высоковязкие р-ры (см. Растворы полимеров). Эти св-ва обусловлены высокой мол. массой В. с., цепным строением макромолекул, их гибкостью и иаиб. полно выражены у линейных В. с. По мере перехода от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к частым сетчатым структурам комплекс характерных св-в В. с. становится все менее выраженным. Трехмерные В. с. с очень большой частотой сеткн нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластич. деформациям. [c.442]

С. второго типа отличаются от С. первого типа отчетливо выраженным двухфазным состоянием. Они возникают в результате распада однофазных р-ров полимеров на две фазы, первая из к-рых, содержащая большое кол-во полимера, образует преим. непрерывный каркас, а вторая фаза с очень низкой концентрацией полимера включена в этот каркас в виде дисперсии. Мех. св-ва этой системы определяются каркасной полимерной фазой, к-рая во мн. случаях приближается по св-вам к твердому телу и поэтому способна к частичному упругому изгибу. При этом общая относительно высокая деформация системы складьтается из суммы малых деформаций отдельных элементов пространств. сетки, образующей эту структуру. Кроме того, вклад в обратимую деформацию вносит изменение формы и протяженности межфазной границы (межфазная энергия имеет небольшое, но все-таки конечное значение). [c.448]

Ограниченное набухание может также иметь место при химической модификации полимеров, которые сами по себе способны к неограниченному набуханию. Например, натуральный каучук может набухать в бензине до полного растворения, однако, после вулканизации, когда его молекулы химически связаны некоторым количеством атомов серы и образуют прочную пространственную сетку, набухание становится ограниченным аналогично, задубленный студень желатины даже при нагревании остается в ограни-ченко-набухшем состоянии. В этом случае равновесие при ограниченном набухании имеет вынужденный характер. Отрезки цепей между узлами пространственной сетки выпрямляются при набухании, вследствие увеличения расстояний между этими узлами, но в то же время они отходят от своего наиболее вероятного свернутого состояния (см. стр. 188), поэтому при деформации энтропия цепей уменьшается (A5og <0). С другой стороны, энтропия смешения полимера и растворителя при набухании возрастает (см. стр. 176). Оэотношение этих противоположных процессов изменения энтропии определяет напряжение в полимерной сетке, ограничивающее степень набухания (Флори и Ренер). [c.202]

Существенное влияние на физические свойства полимеров оказывают четыре фактора, характеризующие структуру макромолекул (полимерных цепей). Один из факторов - средняя длина цепи, к другим трем факторам относятся сила взаилюдействия между полимерными цепями, регулярность упаковки цепей и жесткость отдельных цепей, a юe сильное меж-молекулярное взаимодействие возникает, когда цепи имеют поперечные. мостики, т.е, образуют друг с другом хи.мические связи. Этот процесс называют сшиванием, он часто происходит при нагревании, Образование поперечных связей замыкает полимерные цепи в трехмерную сетку, поэтому таким поли.мерам при нагреве уже нельзя придать новую форму. Жесткие полимеры такого типа называют термоактивными К ним относятся полиэфирные, эпоксидные, алкидные и другие с.мольг Трехмерная (сшитая) структура позволяет эластомерам (напри.мер, каучук) долго вьщерживать достаточно высокие те.мпературы и циклические нагрузки без остаточной деформации. Многие перспективные полимеры, напротив, термопластичны и размягчаются при нагреве (например, полиолефины, полистирол и др ). [c.48]

Резины — это сшитые полимеры с гибкими цепями, имеющие температуру стеклования ниже 273 С. Поперечные химические связи (узлы сетки) не позволяют цепям при деформации скользить относительно друг друга. Поэтому необратимые (вязкие) деформации у резины практически не возникают. При деформации такой полимерной сетки возникают высокоупругие напряжения, которые обычно называют высокоэластическими. Кроме того, возникают и напряжения, вызываемые силами внутреннего трения. В связи с этим прн деформациях на диаграмме растяжение — сокращение возникает петля гистерезиса. Однако, если деформацию проводить медленно, то петля гистерезиса уменьшается, и при очень медленных процессах деформации (в пределе при равновесной деформации) она практически исчезает, и резина ведет себя как упругое тело. Именно для этого режима деформации применимы соотношения термодинамики. [c.141]

Та часть деформации, которая связана с распрямлением полимерных цепей, после достижения определенной степени изогнутости, зависящей от напряжения в образце и ряда других причин, перестает меняться. Этим и объясняется наличие предельного удлинения у трехмерных полимеров, где взаимное перемещение соединенных мел<ду собой цепей невозмои но без приложения очень значительных усилий. При освобождении образца от нагрузки частично выпрямленные отрезки сетки через некоторое время, достаточное для преодоления межмолекулярного и внутримолекулярного взаимодействия, возвращаются к наиболее вероятной равновесной конформации под влиянием теплового движения. Внешне это будет воспринято как обратимая деформация. [c.385]

Другой, не менее важной особенностью является место разрыва, по которому происходит механокрекинг. В настоящее время имеются некоторые доказательства локализации механокрекинга для немногих полимеров. Но, ло всей вероятности, эта локализация и не может быть единственной для данного полимера, а зависит от многих факторов, связанных не только с химическим строением полимера, но и конкретными условиями механодеструкции (среда, температура, частота воздействия и т. д.). Локализация механокрекинга определяется концентрацией напряжений на отдельных узлах полимерной цепи. Наиболее вероятными точками концентрации напряжений при деформациях полимеров являются места стыка ответвлений с основной цепью в разветвленных полимерах [76], поперечные связи в сетках, острые изломы главной ц пи в месте включения гетероатомов или жесткие узлы у четвертичных у Гле,родных атомов [55] и т. д. Оиецифическим местам [c.22]

Прочностные свойства резин, представляющих собой полимерные сетки, определ1яются способностью этих сеток к большим обратимым деформациям, что и отличает резины от низкомолекулярных аморфных и кристаллических материалов и от высокомолекулярных неэластичных материалов, применяемых для изготовления пластмасс и волокон. [c.60]

При бадъших деформациях в полимерных сетках происходят изменения структуры материала, о которых можно судить, измеряя напряжения, гиетерезисные потери, плотность,, тепловые эффекты, следя за изменением рентгенограмм, спектров поглощения, фотоупругости. Эти изменения связаны с конформационными перестройками спутанных молекулярных клубков, взаимной ориентацией цепей при их распрямлении и с образованием кристаллитов в тех случаях, когда цепи имеют достаточно регулярное строение. [c.60]

При разрушении полимерных сеток обязательно должны быть порваны валентные связи, в частности, в вулканизатах карбоцелных полимеров связь —С—С—. При одинаковой густоте сеток для их разрушения должно быть порвано одинаковое число валентных связей и, следовательно, прочность таких сеток должна была бы быть одинаковой дл я всех каучуков карбоцепного строения. Однако при различной структуре молекулярных цепей даже в одних и тех же условиях деформации сетки валентные связи оказываются в различных условиях нагружения, и поэтому прочность резин варьируется в очень широких пределах в зависимости от химического состава и строения каучуков, их молекулярного веса, МВР и разветвленности. Наиболее высокие прочности наблюдаются у резин из каучуков стереорегулярного строения, способных к кристаллизации. Менее прочные резины получаются из нестереорегулярных каучуков, неспособных к кристаллизации [c.60]

Теоретическая или предельная прочность резин может быть определена как прочность идеальной по своей структуре эластичной полимерной сетки, способной к таким же большим обратимым деформациям, как и реальные резины (500—1500%). Теоретическая прочность эластомеров впре-дельно-ориентированном состоянии [1, 46, 47], очевидно, не может рассматриваться в качестве теоретической предельной прочности резин, поскольку в этом состоянии, так же как и в застеклованном состоянии, эластомер теряет свою способность к большим деформациям [48, 49]. [c.64]