Упругость полимеров

Высокий молекулярный вес полимера, малая способность его громоздких макромолекул к взаимному перемещению и одновременно большая гибкость отдельных участков (сегментов) макромолекулы обусловливают большую прочность и высокую упругость полимеров, а в некоторых случаях и высокую эластичность. При наличии полярных групп в составе звеньев цепи, т. е. при увеличении дипольного момента ка кдого звена, повышается прочность полимера, но ухудшаются его эластичность и диэлектрические свойства. [c.14]

Ограниченное растворение полимера вследствие наличия в нем пространственной молекулярной сетки можно трактовать и с термодинамической точки зрения. Действительно, при набухании такого полимера гибкие участки макромолекул, лежащие между узлами сетки, растягиваются и распрямляются и, следовательно, энтропийные пружины переходят в менее вероятное состояние. В результате энтропия системы уменьшается, причем это уменьшение может стать равным увеличению энтропии в результате смешения. В этот момент набухание прекратится, т.е. система придет в равновесное состояние. Правильность приведенных рассуждений подтверждается наличием связи между модулем упругости полимеров и их способностью к набуханию (Флори). [c.446]

Вязкотекучее состояние важно при переработке полимеров. Чем ниже Тг, тем легче перерабатывать полимер, потому, что температура переработки оказывается в области сильно развитой текучести. Если температура переработки близка к Тт и полимер при формовании сохраняет эластичность, то ему трудно придать форму. Так, можно запрессовать шар из упругого полимера в кубическую полость пресс-формы и охладить до температуры ниже Тс. После раскрытия пресс-формы полимер сохранит вид куба, но форма эта неустойчива при нагреве куба выше Тс он снова принимает форму шара. [c.103]

Рис. 9.8. Объединенная механическая модель вязко-упругого полимера

Обратимые (упругие) деформации. При приложении силы к образцу идеального упругого полимера имеет место какая-то определенная деформация. После удаления силы упругий образец принимает первоначальные размер и форму. Энергия, применяемая для упругой деформации, возвращается полностью. [c.130]

Модуль упругости полимеров в вязкотекучем состоянии невысок. Так, область вязкотекучего состояния определяют как область, в которой модуль через 10 с после действия нагрузки оставляет 10 -5 Па. Механическая прочность полимеров в этом [c.253]

Силам контракции противостоят силы вязкости и упругости полимера, при этом процесс слияния происходит во времени. Как следует из рис. 4.5, в случае гексагональной укладки полимерных сфер, независимо от того, находится полимер в высокоэластическом или вязко-текучем состоянии, процесс слияния глобул в агломерате заканчивается при достижении площади контакта, определяемой величиной центрального угла 2а=60°. Следует заметить, однако, что для большинства синтетических смол, включая и ПВХ, достижение вязкотекучего состояния в процессе сушки возможно только после удаления свободной влаги. Для описания процесса слияния полимерных сфер в вязкотекучем состоянии применимо уравнение Я.И.Френкеля (4.7). В случае высокоэластического состояния полимера описание процесса слияния должно учитывать релаксационные явления при деформации полимерных глобул и уплотнении частиц-агломератов. Количественную оценку действующих сил можно получить из рассмотрения схемы двух контактирующих полимерных сфер (рис. 4.6). [c.128]

Энергия связи атомов, составляющих основную цепь полимера, а также энергия взаимодействия атомов соседних цепей, т.е. межмолекулярного взаимодействия, оказывают влияние на величину и характер зависимости динамических модулей упругости полимеров и скорости распространения звука в них от частоты или температуры. [c.341]

Мы рассмотрели одно из важнейших в физике полимеров приложений термодинамики к полимерам в высокоэластическом состоянии. Термодинамические соотношения применимы к равновесной деформации сшитых эластомеров (гибкоцепных полимерных сеток). Из сравнения термодинамических соотношений с экспериментальными данными следует, что природа упругости полимерных сеток выше температуры стеклования энтропийная, а модули упругости имеют малые значения. При этом деформации сшитого эластомера характеризуются большими значениями (сотни процентов). Таким образом, отличие упругости полимеров в высокоэластическом состоянии от упругости твердых тел существенно. Энтропийная природа упругости полимеров приводит в высокоэластическом состоянии к. тепловым эффектам при деформациях, противоположным тем>. которые наблюдаются у обычных твердых тел. [c.153]

Таким образом, чем больше модуль упругости полимера, тем меньшая энергия необходима для необратимого разрушения полимера. Это качественно согласуется с данными, представленными ниже [c.144]

Представления о сегментальном характере движения макромолекул были подтверждены большим количеством экспериментальных данных [52], и на их основе было дано качественное объяснение многим релаксационным явлениям в полимерах [53, 54]. Эти представления оказались достаточными для построения первых молекулярных теорий вязко-упругости полимеров, рассмотренных в следующем разделе. Однако для дальнейшего развития теории необходима конкретизация представлений о сегментальном движении. Известные успехи в этом направлении достигнуты за последние 10— 15 лет, в течение которых был открыт механизм ряда конкретных внутримолекулярных перестроек. [c.12]

Сказанное отнюдь не исчерпывает всех проблем, стоящих перед молекулярной теорией вязко-упругости полимеров в [c.33]

Второе требование — абсолютная жесткость устройства, через которое передается нагрузка на образец. Это требование хотя и не может быть выполнено в точности, не вызывает трудностей, так как всегда можно подобрать материал, модуль упругости которого на несколько порядков выше модуля упругости полимера, [c.48]

Прямым экспериментальным подтверждением этого вывода являются данные, приведенные в табл. 2. Хотя механические свойства (модуль упругости) полимеров в каждой паре резко отличны, величины [c.300]

Обозначим необходимые для расчета величины Ь — начальная длина нити, В — ширина нити, е — начальный эксцентриситет, < 1 — поперечный размер ячейки, < 2 — продольный размер ячейки, Е — модуль упругости полимера, Е — модуль упругости пены нри сжатии, у — объемный вес пенопласта, й — плотность полимера, а — коэффициент [c.331]

Исходя нз теории упругости полимеров, В. А. Каргиным и Г. Л. Слонимским [191] разработана теория трех деформационных состояний стеклообразного, высокоэластичного и вязкотекучего. Температурные интервалы этих состояний зависят от размеров ССЕ, интенсивности внешнего воздействия (скорости нагрева) и других факторов. С целью удобства сопоставлении механической прочности различных НДС, находящихся ниже температуры текучести, предложены стандартные методы, с помощью которых определяют интервал хрупкости, дуктильности и пенетрацию. Поверхностное натяжение является одной из определяющих характеристик для форлМЫ ССЕ тех НДС, в которых обе фазы представляют собой жидкости или жидкость и газ. Поверхностное натяжение веществ находится в зависимости от сил ММВ в них. Поверхностное натяжение жидких тел 1а границе с воздухом сопоставимо с силами ММВ в объеме. Поэтому жидкость под влиянием поверхностного натяжения стремится принять такую форму, при которой ее поверхность при данном объеме будет наименьшей, т. е. сферической. Несмотря на более [c.146]

Полимеры акрилонитрила имеют аморфную структуру, по при растяжении волокна из полиакрилонитрила отдельные макромолекулы его ориентируются. Этот процесс сопровождается возрастанием прочности и упругости полимера. Ориентированный полиакрилонитрил находит широкое применение в производстве прочных, термически стойких еолокои, нерастворимых в наиболее распространенных органических растворителях. [c.334]

Замеш,ение гидроксильных групп оксиалкильными или окси-арильными группами приводит к изменению некоторых свойств полиметиленфенолов. Присутствие гидроксильной группы обусловливает некоторую гигроскопичность полимера, снижает его стойкость к действию растворов щелочей, способствует возникновению водородных связей между отдельными сегментами цепей, снижая их гибкость, а следовательно, и упругость полимера. При <амещении в полиметиленфенолах гидроксильных групп простыми эфирными группами свойства полимера несколько улучшаются. [c.387]

Если эти ответвления расположены редко, пе создается пятствий для кристаллизации отдельных сегментов макромолекул, и кристаллические образования имеют такие же размеры и форму, как и в гомополимерах полиамида. Поэтому температура плавления привитого сополимера мало отличается от температуры плавления соответствующего гомополиамида. Полиоксиэтиленовые боков1.1е ответвления выполняют функцию пластификатора, способствуя увеличению текучести расплава, повышению упругости полимера, придавая волокну большую гибкость и лучшую морозостойкость. Волокна и пленки из привитого полиамида сохраняют упругость и при —7Сг (полиамид 6 и полиамид 6-6 начинают утрачивать упругость при температуре н(i кoJ[ькo ниже О ). [c.543]

Полимеры с узким молекулярно-массовым распределением обладают упругостью, не уступающей упругости полимеров с широким молекулярно-массовым распределением. Таким образом, полимеры с узким ММР имеют величину эластической деформации такого же порядка, как и полимеры с широким ММР, однако первые текут как ньютоновские жидкости, а вторые как неньюто- [c.163]

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) (—СРг- Р2—) упругий полимер белого цвета. Эксплуатируется в широком д1Гапазоне температур — от — 269 до +250° С. При 320° С становится прозрачным и пластичным, а выще 400° С начинает разлагаться с выделением фтора (1). Получают его полимеризацией газообразного тетрафтор-этилена в водной эмульсионной среде при 70—80° С и 40—100 атм. Политетрафторэтилен — лучший диэлектрик удельное объемное сопротивление достигает 10 ом-см, диэлектрическая проницаемость 2,0—2,2, тангенс угла потерь 0,0002. Применяется в производстве радиочастотной аппаратуры. [c.384]

Дпя того, чтобы оценить вклад поворотно-изомерной подсистемы в тем-ературную зависимость модуля упругости полимера в переходной области и [c.273]

В отличие от твердых кристаллич. тел деформация полимеров в B. . связана не с изменением ме цатомных или межмол. расстояний, а с частичным развертыванием хаотически свернутых цепных молекул, что и обусловливает возможность больших деформаций. При этом возвращающая сила / вызывается не силами притяжения между молекулами деформируемого тела, а тепловым движением, к-рое по своей интенсивности такое же, как тепловое движение молекул в жидкостях. Т. обр. упругость полимеров в B. . имеет энтропийную природу подобно объемной упругости газов. Поэтому модуль упругости полимеров в В. с. пропорционален абс. т-ре Т и имеет низкие значения (0,1-10 МПа), тогда как модуль всестороннего сжатия, определяемый силами межмол. взаимодействия, типичен для конденсиров. сред (10 МПа). Вследствие этого деформация эластомеров практически не сопровождается изменением объема, и связанное с этим изменение внутр. энергии и ничтожно. Наблюдаемые на опыте изменения U при деформации эластомеров связаны с изменением набора энергетически неравноценных конформац. изомеров (см. Конформационный анализ) при развертывании цепей. В зависимости от разности энергетич. уровней транс- и гош-кон-формеров изменение внутр. энергии при деформации AU и соответствующая ему составляющая возвращающей силы fg = dVjd[)vr ( энергетич. сила ) м. б. как положительными, так и отрицательными (/-длина образца, V-ero объем). Ниже приведены значения fjf для нек-рых полимеров [c.443]

Выше температуры размягчения упругость полимеров не идеальна, так как упругое восстановление после деформации образца не является полным ( остаточная деформация ). Это происходит потому, что внутренние напряжения внутри образца, вызванные деформацией сегментов, при взаимном перемещении макромолекул могут быть компенсированы, что, в свою очередь, вызывает уменьшение восстанавливающей силы. Такого рода процессы называются релаксационными. При более высоких температурах процессы релаксации протекают быстрее (усиление мак-роброуновского движения), хотя сам полимер в расплавленном состоянии еще остается упругим, так как макромолекулы находятся в виде переплетенных клубков. Поэтому расплавы высокомолекулярных веществ называют также вязкоупругими жидкостями. Вязкоупругие свойства отчетливо обнаруживаются только в определенном температурном интервале в непосредственной близости от температуры размягчения полимеры являются настолько жесткими, что для их деформирования требуются значительные усилия и восстановление протекает весьма медленно. Значительно выше температуры размягчения расплав легко деформируется, но на упругое восстановление накладывается течение вследствие усиления макроброуновского движения. Область [c.37]

Приведенное выражение, дающее воз.можность рассчитать E2 I2 справедливо в том случае, когда модуль упругости полимера и коэффициенты линейного расширения не зависят от тем [c.74]

Рассмотрим вначале полимерную матрицу в ненагруженном однонаправленном композите. Такой композит обычно представляют квадратичной или гексагональной моделью. Минимальное объемное содержание полимера в плотноупакованной квадратичной структуре — около 21%, в гексагональной—13%. Армирующие волокна можно считать совершенно жесткими, так как модуль упругости применяемых неорганических волокон значительно больше модуля упругости полимера. Как уже указывалось выше (см. гл. 3 и 4), при отверждении эпоксидного полимера в ходе изготовления пластика, которое происходит обычно при повышенной температуре, объем полимера уменьшается вследствие его усадки, а вязкость быстро нарастает. До гелеобразования, пока полимер способен к течению, его объем может уменьшаться за счет уменьщения объема всей системы или образования пор. После гелеобразования течение полимера невозможно, и происходит деформация всей системы. Однако при этом деформация полимера ограничена волокнами, что приводит к появлению в полимере внутренних напряжений. Так как армированные пластики, как правило, содержат большое количество наполнителя, то можно считать, что он образует жесткий скелет, препятствующий деформации полимера, т. е. связующее подвергается всестороннему растяжению. Объемная деформация при этом может составлять несколько процентов (см. гл. 4). Таким образом, уже в ненагруженном состоянии эпоксидная матрица должна выдерживать значительные механические деформации без разрушения и нарушения адгезии на границе с волокном. Как показали микроскопические исследования [27—33], эпоксидные смолы значительно лучше других связующих выдерживают подобные условия. [c.209]

Эти процессы изменения жесткости макромолекул легко на- людать на кривой сила — удлинение высокоэластического полимера (рис. 139). Вначале, когда перемещающиеся участки макромолекулы малы, для деформации требуются сравнительно небольшие усич. п, чтобы вызвать значительные удлинения. При этом модуль упругости полимера падает В дальнейшем выпрямляющиеся цепные молекулы постепенно становятся все более жесткими, а перемещение их звеньев все труднее. Вследствие механического стекловрния возрастают модуль упругости и сила, необходимая для новой деформации. Если полимер при растяжении кристаллизуется, то наблюдаются такие же явления с тем отличием, что повышение жесткости макромолекул связано не со стеклованием, а с кристаллизацией. [c.465]

Работа А, отнесенная к единице объема наполненного или чистого полимера, называется его энергией упругости Мерой > прочняю-щего действия наполнителя служит величина АЛ — изменение энергии упругости, обусловленное введением наполнителя Наполнители, увеличивающие энергию упругости полимера, называются активными в отличие от инертных, или неактивных, не повышающих этой [c.474]

Из рассмотренных выше зависимостей относительного модуля (отношения Еа/Еа) ОТ содержания наполнителя следует, что, хотя Еа и Еп зависят от температуры, относительный модуль должен быть почти независимым от температуры, несмотря на то, что теория Кернера предсказывает его слабое возрастание из-за увеличения с температурой коэффициента Пуассона. Согласно Нилсену [292, 302], зависимость отношения EJEa от температуры может быть связана с изменением модуля упругости матрицы в наполненной системе по сравнению с ненаполненной. Известно, что вокруг частицы наполнителя в изотропной среде развиваются напряжения из-за различий в температурных коэффициентах расширения двух фаз при охлаждении материала после формования. Так как для полимеров характерна нелинейная зависимость напряжения от деформации, то модуль упругости уменьшается с напряжением. В результате модуль упругости полимера, находящегося вблизи частицы наполнителя, меньше, чем ненаполненного поли.мера, даже если общий модуль композиции выше. Величина напряжений в полимере вокруг частицы наполнителя уменьшается с ростом температуры, а модуль соответственно возрастает. Теоретическое уравнение для температурной зависимости относительного модуля может быть представлено в виде [c.165]

Процессы перехода к состоянию термодинамического равновесия в полимерах осуществляются за счет самых различных видов молекулярного движения. Каждому виду молекулярного двил екия соответствует определенный релаксационный процесс, который характеризуется своим временем релаксации. Для того чтобы наблюдать и исследовать какой-либо релаксационный процесс в полимерах и соответствующий ему тип молекулярного двил<еиия, необходимо, чтобы время воздействия на полимер (или время наблюдения) было соизмеримо со временем релаксации. Следовательно, для изучения релаксационных процессов акустическими методами (а это один из наиболее распространенных методов их изучения) необходимо, чтобы период звуковых колебаний был того же порядка, что и время релаксации полимера. Рассмотрим линейный аморфный полимер, находящийся в высокоэластическом состоянии. В этом случае число возможных конформаций, которые мол ет принимать каждая макромолекула, достаточно велико, и в полимере реализуются весьма разнообразные виды молеку-лг рного движения. Пусть в таком полимере распространяются звуковые колебания, частоту которых можно изменять в широких пределах. Если частота звуковых колебаний очень мала, т. е. период звуковых колебаний очень велик по сравнению с временем релаксации са- . ых больших кинетических элементов макромолекул, то энергия звуковых колебаний, которую получат за период элементарный объем полимера, будет быстро перераспределяться по всему объему полимера вследствие сегментальной подвижности микроброуновского типа (диффузии сегментов макромолекул). В этом случае процесс рассеяния энергии носит квазиравновес-ный характер, механические потери невелики, и полимер быстро восстанавливает свои размеры и форму пос.п -снятия приложенного внешнего напрял ения. Естественно, что и динамический модуль упругости полимера (а также скорость звука в нем) будет очень малым, т. е. такого л<е порядка, как и жидкости. [c.254]

Другое практическое использование так называемого эффекта Вайссенберга было предложено Максвеллом и Скало-ра . При сдвиговых деформациях полимера, расположенного между двумя параллельными пластинами, возникает сила, которая стремится раздвинуть пластины. Если в центре одной из пластин сделать отверстие, то возникающая сила окажется достаточной, чтобы полимер смог выдавиться из отверстия. Максвелл и Скалора сконструировали экструдер, работающий на этом принципе. Главная часть экструдера—это камера, в которой помещен вращающийся диск. Полимер подвергается сдвигу между вращающимся диском и стенкой камеры. При действии упругих или нормальных сил полимер выдавливается через отверстие, расположенное в центре камеры. Хотя конструкция этой машины еще несовершенна, перспективы ее использования очевидны, в особенности для переработки тех полимеров, для которых желательно обеспечить минимальную продолжительность пребывания в машине. Величина описанного эффекта зависит от упругости полимера. Метцнер с сотрудниками показал, что экструзия полипропилена этим методом более перспективна, так как его эластичность в 150 раз превышает эластичность полиэтилена . [c.46]