Упругость твердых тел

Наконец, если некристаллический полимер является сеточным (или пространственно-сшитым) эластомером, то он характеризуется термомеханической кривой типа 2. Узлы пространственной сетки препятствуют относительному перемещению полимерных цепей. Поэтому при высоких температурах вязкое течение не наступает и эластомер не замечает температуры Гф.т. Температурная область высокой эластичности расширяется, и ее верхней границей становится граница химического разложения полимера. Такими деформационными свойствами обладают и сеточные полимерные материалы типа резин, которые необычны по сочетанию ряда свойств. Они способны восстанавливать свою форму после разгрузки, как и упругие твердые тела, но по другим свойствам близки к жидкостям и газам. Так, низкомолекулярные жидкости и резины по структуре — некристаллические тела. Их коэффициенты теплового расширения и сжимаемости близки между собой, но намного больше (на один-два порядка), чем у низкомолекулярных твердых тел. Коэффициенты их объемного термического расширения равны 3,6-10- К для газов, (Зч-5) 10 К для металлов, а для жидкостей и резины они имеют промежуточные значения и практически совпадают между собой и близки к (ЗЧ-б) 10 К . Коэффициенты сжимаемости равны 10 МПа- для воздуха при давлении 0,1 МПа (1 атм), 10 Па для металлов, а для жидкостей и резин они близки и на два десятичных порядка отличаются от металлов (10 3 МПа- ). [c.33]

Связанная вода обладает свойствами упругого твердого тела. Тонкие ее пленки (толщиной около 0,1 мкм) обладают расклинивающим действием. Плотность связанной воды значительно выше плотности простой воды (1130—1740 кг/м ). Такая вода замерзает при более низкой температуре (до —75°С) и не способна растворять легко растворимые вещества, обладает высоким удельным сопротивлением (практически электрическая проводимость ее равна нулю). Более прочно с материалом связан мономолекулярный слой жидкости, последующие ее слои менее прочно связаны и свойства их постепенно приближаются к свойствам свободной жидкости. Соответственно и затраты на удаление жидкости неодинаковы. Испарение остаточных количеств влаги требует значительно более высоких затрат теплоты по сравнению с испарением первых ее порций. [c.183]

Хлорид алюминия, трифторид бора, тетрахлорид титана и т. д. энергично полимеризуют изобутилен при обычных температурах, давая тяжелые сложные жидкости и смолы. Когда температура понижается примерно до —80° С, имеет место энергетическая реакция, которая может контролироваться подбором растворителя. Образуются полибутены с высоким молекулярным весом, свойства которых колеблются от вязких масел до упругих твердых тел класса резины [395, 396]. [c.115]

Прочность полимерных материалов приобретает все более актуальное значение. До появления кинетической точки зрения на разрушение полимеров придерживались представлений о разрушении исключительно с позиций механики упругих твердых тел, имеющих дефекты. Однако экспериментальные факты [33—36] доказывают существенную роль вязкоупругих релаксационных явлений при разрушении полимеров. В этой связи построение математической модели кинетики набухания, учитывающей релаксационные явления в полимере, актуально для нахождения благоприятных условий проведения процесса с целью уменьшения брака при производстве ионообменных материалов аналитического назначения (хроматографического и ядерного класса). При этом описание релаксационных явлений в полимерных материалах связывается с рассмотрением их как сплошных сред, которые по своим механическим свойствам занимают промежуточное положение между упругими твердыми телами и вязкими жидкостями (что приводит к возникновению явлений вязкоупругости). [c.300]

Упругостью твердого тела называется свойство его самопроизвольно восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация — это деформация тела, полностью исчезающая после прекращения действия внешней силы (деформация пружины). [c.572]

Различные виды материалов (металлы, полимеры, строительные растворы и др.) обладают в том или другом состоянии пластичностью. Однако термин пластмассы, применяется в настоящее время в гораздо более узком и более определенном смысле. Как было указано в 59, пластмассами теперь называют вещества, состоящие в основном из высокомолекулярных органических соединений и обладающие в том или другом состоянии пластичностью, которая полностью или частично теряется при переходе к другим условиям. Это дает возможность получать из этих материалов тела нужной формы методами, основанными на пластической деформации, например путем прессования их в пластичном состоянии, и затем использовать в других условиях как упругие твердые тела. [c.596]

К третьей группе относятся вязкоупругие, нли максвелловские, жидкости, которые текут под воздействием напряжения т, но после снятия напряжения частично восстанавливают свою форму, подобно упругим твердым телам. Такими свойствами характеризуются некоторые смолы и вещества тестообразной консистенции. [c.93]

Теоретически идеально упругие твердые тела, не имеющие поверхностных дефектов, не должны подвергаться усталостному износу. Однако в реальных материалах обычно возникают поверхностные и внутренние микротрещины, которые, прорастая, образуют большие сквозные трещины. Известно, что полимеры очень подвержены усталостному износу. [c.90]

Высокоэластическая деформация в наиболее чистом виде выражена у гибкоцепных макросетчатых полимеров — эластомеров, которые способны восстанавливать свою форму После снятия нагрузки, как это свойственно упругим твердым телам. Но по другим [c.106]

Понятие о кинетически стабильных элементах структуры в полимерах не имеет строгого количественного критерия, но чем больше т при прочих равных условиях, тем больше кинетическая стабильность данного элемента структуры. Практически же под кинетически стабильными понимаются те флуктуационные структурные элементы, время жизни которых превышает длительность исследуемого процесса. К образованию флуктуационных структур, характеризуемых большей или меньшей кинетической стабильностью, способны все гибкоцепные полимеры, в том числе эластомеры. С точки зрения структурных особенностей эластомеров их можно считать высокомолекулярными жидкостями с более сложной структурой, чем простые жидкости. Эластомеры находятся в жидком агрегатном состоянии, но отличаются очень высокой вязкостью, поэтому их можно назвать полимерными высоковязкими жидкостями. С другой стороны, эластомеры из-за их высокой вязкости при недлительных нагружениях по своим механическим свойствам подобны упругим твердым телам. К твердым телам относятся как кристаллические, так и аморфные тела (стекла). Жидкости характеризуются непрерывно изменяющейся структурой, которая зависит от температуры Т и давления р. Для твердых же тел характерна неизменность структуры в области существования твердого состояния с данным типом структуры. Таким образо , твердое состояние ве-и ества отличается от жидкого не только структурой, но и ее постоянством при изменении внешних условий. При этом для кристаллов характерны наличие дальнего порядка и термодинамическая стабильность, а для стекол — наличие ближнего порядка и кинетическая стабильность (время жизни структурных элементов в стекле обычно существенно выше времени наблюдения). [c.25]

Высокоэластическая деформация в наиболее чистом виде выражена у сеточных полимеров —сшитых эластомеров. Последние способны восстанавливать свою форму после разгрузки, как и упругие твердые тела. Но по другим свойствам они близки к жидкостям. В высокоэластическом состоянии полимеры подчиняются закону Паскаля. Жидкости и полимеры имеют аналогичную структуру в ближнем порядке. Поэтому их коэффициенты теплового расширения и сжимаемости близки и намного больше, чем у твердых тел. Температурные коэффициенты объемного расширения приблизительно равны 3,6-10-з к, для газов, 6-10- К для металлов, но для органических жидкостей и полимеров они близки к (3—6)-10 К- коэффициенты сжимаемости равны 10 (МПа) для воздуха у поверхности земли, 10 для металлов, но для органических жидкостей и полимеров они близки между собой и на два порядка отличаются от металлов (10 и 0,5-10" (МПа) ). [c.61]

Следовательно, вблизи а = Ок и при больших напряжениях разрушение происходит по атермическому механизму. Величина СТк от температуры зависит слабо, так как Vк слабо зависит от температуры, как и модуль упругости твердого тела. [c.306]

Упругостью твердого тела называется его свойство самопроизвольно восстанавливать форму и объем после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация — это деформация тела, полностью исчезающая лосле прекращения действия внешней силы (например, сжатие или растяжение пружины). Пластичностью твердого тела называется его свойство изменять форму и размеры, не разрушаясь под действием достаточно больших внешних сил, причем после прекращения действия силы тело самопроизвольно не может восстановить свои прежние формы и размеры, т. е. в нем остается некоторая деформация. Эта деформация называется пластической деформацией. Принято упругую деформацию называть обратимой, а пластическую — необратимой. (Смысл терминов обратимый и необратимый в этом применении не совпадает с их смыслом в применении к химическим реакциям.) [c.215]

В классической физике механические свойства тел изучались без учета физико-химических факторов, особенностей состава и строения (структуры самого тела) и окружающей среды. Обычно проводилось резкое различие между твердыми телами и жидкостями. Дальнейшее развитие молекулярной физики и в особенности коллоидной химии с учением о структурообразовании в дисперсных системах показало, что, с одной стороны, различие между жидкостями и твердыми телами носит кинетический (релаксационный) характер, а с другой, — что между предельными состояниями — идеально упругими твердыми телами и вязкими жидкостями осуществляется непрерывный ряд переходов, образующих огромное многообразие реальных тел промежуточного характера. Следовательно, учение о механических свойствах должно стать крупной самостоятельной главой современной физикохимической науки. [c.172]

Исходя из этих положений, решетку любого ионного кристалла можно представить в виде модели из симметрично распределенных шариков (ионов), силы притяжения и отталкивания между которыми уравновешены. Всякое внешнее усилие деформирует решетку и, если не превзойден предел упругости, твердое тело возвращается к прежней форме и объему. Если деформация слишком велика, то решетка разрушается, так как силы притяжения оказываются недостаточными для того, чтобы восстановить первоначальное положение частиц в теле. Таким образом, прочность тела зависит от прочности решетки. Твердое тело легче деформируется, если отдельные участки его разделены прослойками, включениями, трещинами и т. д. [c.52]

В разреженном газе средние межмолекулярные расстояния велики и частицы большую часть времени движутся свободно, не взаимодействуя с другими частицами средняя длина свободного пробега во много раз больше диаметра молекулы. В конденсированном состоянии любая частица взаимодействует одновременно со многими другими, средние межмолекулярные расстояния — порядка тех, которые отвечают минимуму потенциальной энергии (хотя даже для твердых тел при Т ф О можно говорить лишь о близости значений, но не об их совпадении). В жидкости межмолекулярные силы удерживают частицы вместе, но все же подвижность их очень велика, взаимное расположение легко изменяется, что и обусловливает текучесть жидкости. В твердом теле частицы занимают определенные фиксированные положения в пространстве, совершая лишь небольшие колебания около положений равновесия. Различные силы, действующие на частицы, в положении равновесия компенсируются. Одиако компенсации не происходит при смещениях данной частицы и других, ее окружающих. Равновесие в твердом теле также, как и в других телах, является динамическим. Наличие фиксированной равновесной структуры определяет упругость твердого тела и ряд его других свойств. [c.155]

Изучение механических свойств гелей и студней показало, что при малых деформациях эти системы ведут себя как упругие твердые тела. При больщих напряжениях, вызывающих разрушение структурной сетки, они текут как вязкие жидкости. Необходимо отметить, что студни высокой прочности под большим напряжением сдвига способны скорее разрушиться или деформироваться, чем обнаружить подлинное течение. [c.232]

Ниже сопоставлены значения модулей упругости твердых тел с модулями высокоэластичных полимеров [c.309]

Приведенные данные свидетельствуют, что модуль высоко-эластичности полимеров меньше модуля упругости твердых тел на 6 порядков. Это различие связано с тем, что природа упругости имеет энерг етический характер, а эластичности — энтропийный (см. раздел XIV.3). [c.327]

Для сплошных систем с твердыми фазами (горных пород, конструкционных и строительных материалов) параметр О представляет собой модуль упругости твердого тела, т. е. составляет величины порядка Ю —10 1 Н/м . (Почти тот же порядок имеет модуль упругости при всестороннем сжатии и у обычных жидкостей. Однако из-за низкой вязкости их сдвиговая упругость может быть обнаружена только при быстрых испытаниях, когда время воздействия приближается к периоду релаксации. Поэтому при обычных временах механических воздействий жидкости с низким значением т] ведут себя как вязкие среды.) [c.325]

Из формулы видно, что при наличии в коксе свободной воды (ф = 1) энергия связи молекулы воды с коксом равна нулю. Большей величиной энергии связи, обусловленной вандерваальсовским притяжением твердого тела и жидкости, характеризуется адсорбированная вода. Связанная вода по физико-химическим свойствам существенно отличается от свободной. Она обладает свойствами упругого твердого тела, тонкие пленки связанной воды толщиной около 0,1 мк обладают расклинивающим свойством. Связанная вода замерзает при более низких температурах, она имеет меньшую теплоемкость (приблизительно 0,5 ккал/(кг- С) и в несколько раз меньшее поверхностное натяжение). [c.150]

В таком случае приложение нагрузки т (меньшей предела текучести) к металлу, имеющему несовершенства кристаллического строения, вызовет неоднородное распределение внутренних напряжений в очагах локального плавления приложенное напряжение преобразуется в гидростатическое давление (фазовое состояние близко к жидкому, дальний порядок отсутствует) а в остальной части кристалла напряжение в элементарных объемах подчиняется законам упругости твердого тела. Таким образом, в местах дефектов структуры типа дислокаций возможно равенство т = Р. Например, в работе [16] при вычислении свободной энергии вакансий постулируется справедливость этого соотношения для некоторых областей материалов . [c.28]

Эти соотношения могут быть записаны в виде обычного закона Гука для изотропного упругого твердого тела, в котором роль компонентов напряжений играют компоненты эффективного напряжения , определяемого как Р,,—ар ц. Экспериментальные данные для разнообразных горных пород, деформируемых как упруго, так и необратимо, во многих случаях соответствуют условию а=1, известному как правило Терцаги, которое было предложено первоначально для грунтов и затем распространено на горные породы. Это правило равносильно утверждению, что поровая жидкость не влияет на касательные компоненты напряжений и уменьшает нормальные компоненты на величину р. [c.86]

Бингамовекая жидкость представляет собой упругое твердое тело ниже характеристического предела текучести Ху и жидкость, когда напряжения выше этого предела [c.156]

Как отмечает Берри, исследования прочности полимеров развиваются в двух направлениях. Первое относится к механике разрушения и к энергетическому подходу исходя из работ Гриффита и модели упругого твердого тела с микротрещиной, т. е. рассматриваются макроэффекты разрушения. Второе направление относится к физике (кинетике) разрушения и рассматривает молекулярноатомные механизмы и микромеханику разрушения. На Западе предпочитают первый подход (Гриффита), в СССР — второй (Журкова). Рассмотрим вначале результаты первого подхода к эластомерам. В этих опытах исследования механики разрушения проводились на образцах эластомеров и резин с искусственными надрезами. Методика испытания образцов с надрезом получила название испытания на раздир, который широко изучался в работах Ривлина и Томаса [12,1], Томаса [12.2] и других исследователей [12.3 12.4 82]. В процессе испытаний на раздир определялась энергия разрушения, которая зависела от заданной скорости движения зажимов. Энергия раздира включает свободную энергию образования новых поверхностей и механические потери, причем механические потери столь велики, что превышают свободную поверхностную энергию на много порядков. Эластомер считается тем прочней, чем большие затраты работы внешних сил требуются на раздир. [c.334]

Периодические коллоидные системы (ПКС) — это системы, состоящие из микрообъектов, взаимодействующих на большом (по сравнению с размерами атомов) расстоянии. Многие естественные и искусственные полутвердые (или полужидкие ) гетерогенные системы представляют собой ПКС. Они обладают ценными во многих отношениях (или, наоборот, нежелательными в ряде случаев) упруго-пластично-вязкими свойствами большинство этих систем способно к тиксотропным превращениям. ПКС широко распространены в природе (глины, грунты, почвы), их используют в промышленности (керамическая масса, цементные пасты, битумы, консистентные смазки). В зависимости от величины приложенной нагрузки и времени ее действия ПКС способны вести себя, как упругие твердые тела или как легкотекучие жидкости, после снятия нагрузки прочность их самопроизвольно восстанавливается. [c.19]

В любой жидкости, если время воздействия на нее деформирующей силы значительно меньше периода релаксации (пропорционального вязкости), течение за это время не успевает произойти, и жидкость ведет себя как упругое твердое тело. Таким образом, можно было бы, например, ходить по воде, не погружаясь в нее, если бы время каждого шага не превышало периода релаксации для воды, т. е. ничтожно малой величины по сравнению с измеримыми (для воды т] = 0,01, Е = 10 , 0 i=5 Ю- з сек). Однако для более вязких жидкостей периоды релаксации вполне измеримы. Например, для битумов и асфальтов их можно непосредственно измерить. За короткое время действия деформирующих сил такие высоковязкие жидкости ведут себя как истинно упругие тела, подчиняясь закону Гука вплоть до хрупкого разрушения. М. О. Корнфельд в лаборатории академика А, Ф. Иоффе показал, что при быстрых ударах, например при простреле пулей, струя легколетучей жидкости раскалывается хрупко, так, если бы это была стеклянная палочка. При длительно же действующих силах упругие деформации не могут быть обнаружены, так как они, по меткому выражению Я. И. Френкеля, маскируются текучестью жидкости устанавливается вязкое течение с постоянной скоростью деформацил , пропорциональной действующему напряжению сдвига. Коэффициент пропорциональности, обратный вязкости (или периоду релаксации), следует называть текучестью данной жидкости. [c.173]

При низкой температуре полимер находится в стеклообразном состоянии (рис. XIII. 1, область /), в котором полимер ведет себя как упругое твердое тело. В этом состоянии отсутствует движение как всей молекулы, так и отдельных звеньев, а проявляются лишь колебания атомов около положения равновесия. При повы-щении температуры полимер переходит в высокоэластическое состояние, свойственное только высокомолекулярным соединениям (рис. XIII. 1, область //). Вещество в высокоэластическом состоянии способно к значительным обратимым деформациям, что обусловлено подвижностью звеньев и соответственно гибкостью макромолекул. Перемещение звеньев происходит не мгновенно, поэтому деформации полимеров в высокоэластическом состоянии имеют релаксационную природу, т. е. характеризуются временем установления равновесия. Высокоэластическое состояние полимеров проявляется в интервале от температуры стеклования (Гст) до температуры текучести (7т) (рис. XIII.1, область //). Если температурный интервал Та—Гт достаточно щирок и захватывает обычные температуры, то такие полимеры называют эластиками или эластомерами, или каучуками. Полимеры с узким интервалом температур —Т-,, смещенным в область повышенных температур, называют пластиками или плас-томерами. При обычных температурах пластики находятся в [c.359]