Вязкоупругие свойства и высокоэластические деформации

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]

Специфику переработки каучуков и резиновых смесей определяют их вязкоупругие свойства, проявляющиеся в развитии высокоэластических деформаций, нарастающих до максимума и реализующих структурную релаксацию напряжений. Для измерения реологических (вязкоупругих) свойств, характеристик течения эластомеров и резиновых смесей существует большое количество испытательных приборов [6, 7, 8]. Применение реологических методов в резиновой промышленности включает [9] оценку модулей релаксации резиновых смесей и их поведения при вулканизации, изучение перерабатываемости каучуков, наполненных техническим углеродом, а также тепловыделения в смесях при механическом воздействии на них. [c.437]

Создание однородного поля напряжений в условиях сдвига на практике реализуется относительно легко, а в случае растяжения требует множества ухищрений, поэтому большинство исследователей работают в условиях сдвигового поля. Оно создается либо с помощью ротационных систем (например, вращения цилиндра в цилиндре или конуса относительно плоскости) или длинных капиллярных трубок. Ротационные приборы подробно описаны в работе [51]. В предыдущем параграфе настоящей главы рассматривались вязкостные характеристики полимерных систем и лишь вскользь упоминались вязкоупругие свойства. Однако практически любая полимерная система способна при определенных условиях воздействия проявлять высокоэластическое деформационное состояние, в котором у нее наблюдаются большие обратимые деформации. Необратимые деформации у полимерных тел могут возникать уже при температурах, близких к температуре стеклования, но там они не играют основной роли. [c.175]

Релаксацию полимеров изучают путем регистрации изменения какого-либо свойства (высокоэластичесКой деформации, диэлектрической постоянной, вязкоупругих свой-ств раствора определенной концентрации и т. д.) полимерной системы во времени. Тогда [c.36]

Вязкое течение линейных полимеров является одним из важных случаев проявления их вязкоупругих свойств. Наряду с упругой и высокоэластической составляющими деформации при определенных условиях в полимерах может развиваться также необратимая пластическая деформация (текучесть). Для линейных некристаллических полимеров она проявляется при Т>Тс, а для кристаллических —при 7 >Гпл- [c.161]

По своим механическим свойствам эластомеры обнаруживают черты твердых и жидких тел, т. е. упругих и вязкотекучих, но в то же время и качественно отличаются от них. Как известно, в идеально упругих твердых телах напряжение пропорционально соответствующей деформации, развивающейся мгновенно, и не зависит от скорости приложения напряжения. В вязких жидкостях напряжение определяется скоростью деформации и не зависит от ее величины. В эластомерах же напряжение зависит и от величины и от скорости деформации. Эта особенность может быть определена как вязкоупругое и высокоэластическое поведение материалов. [c.14]

Значения констант G ж I определяются совокупностью релаксационных свойств полимерной системы. Наиболее простым образом связь между релаксационными свойствами материала и его способностью к высокоэластическим деформациям устанавливается для вязкоупругих сред, свойства которых описываются соотношениями линейной теории вязкоупругости. Отвечающие этому случаю значения G ж I обозначаются как О ж I o - Как было показано в 8 разделе гл. 1, в этом случае равновесная податливость может быть выражена через релаксационный спектр системы следующим образом [c.376]

Предсказываемый теорией характер концентрационной зависимости модуля носит качественный характер, ибо, во-первых, нри больших с зависимость Gq (с) нелинейная, и, во-вторых, не приходится ожидать, что действительно высокоэластические деформации возможны в области сильно разбавленных растворов. Как обсуждалось в разделе 4.1, появление высокоэластических деформаций в растворах с концентрацией ниже некоторой критической невозможно, хотя система проявляет вязкоупругие свойства. [c.387]

Уравнения (3.4) —(3.6) справедливы для разбавленных растворов полимеров, обладающих вязкоупругими свойствами. Для концентрированных растворов и расплавов полимеров картина усложняется вследствие взаимодействия между цепными молекулами и образования флуктуационной сетки зацеплений. В частности, начальный модуль в области высокоэластических деформаций Ер становится зависимым от мольной массы отрезка цепи между соседними зацеплениями Ме [c.74]

С целью определения оптимального состава полимерных систем по сочетанию текучести и проявлению высокоэластичности в лаборатории реологии полимеров Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева АН СССР под руководством Г. В. Виноградова проведен большой цикл работ по исследованию зависимости вязкоупругих свойств эластомеров линейной структуры от их МВР в блоке и концентрированных растворах. Разработан комплекс методов исследования вязкоупругих свойств несшитых эластомеров и резиновых смесей в широком диапазоне скоростей деформаций, частот циклического деформирования и температур. Найдена связь между режимами течения и деформирования с малыми амплитудами циклического деформирования. Установлено, что трудности, возникающие при переработке эластомеров на технологическом оборудовании, связаны с переходом каучука при высоких скоростях деформаций в вынужденное высокоэластическое состояние, в котором они не способны к регулярному течению. [c.223]

В высокоэластическом состоянии при свободном развитии деформации процессу разрушения полимеров предшествует сильное изменение формы образца, определяющееся вязкоупругими свойствами материала [71, 88], что приводит к общности природы процессов вязкоупругости и разрушения. [c.123]

Представляет интерес выяснение молекулярной природы вязкоупругих свойств. Выше уже рассматривалась модифицированная модель Фойгта, обладающая совокупностью трех различных видов деформации мгновенной (гуковской) упругостью, замедленной (высокоэластической) упругостью и вязким течением. [c.29]

Вследствие того что при течении расплавов полистиролов изменяются конформации макромолекул, их необратимое смещение сопровождается развитием обратимых (высокоэластических) деформаций. Сегментальные движения цепи, приводящие к изменению ее конформации, обусловливают также возникновение вязкоупругих эффектов. Поэтому накопление и реализация высокоэластических деформаций оказываются связанными с комплексом релаксационных свойств полимера (вязкоупругость, вообще говоря, понятие, не вполне совпадающее с высокоэластичностью течение очень разбавленных растворов полимеров также сопровождается проявлениями релаксационных свойств, но из-за отсутствия связи между макромолекулами их локальная вязкоупругость не может привести к континуальной высокоэластичности системы [41]). [c.208]

Исследование закономерностей изменения термодинамических параметров в процессе высокоэластической деформации позволяет понять механизм проявления высокоэластичности, специфического свойства высокополимеров. Учитывая, что полимеры являются вязкоупругими телами, термодинамическое исследование эластичности (упругости) должно проводиться в условиях достижения равновесия в деформированном образце, чтобы исключить вязкостные эффекты, зависящие от времени действия силы, и выявить в чистом виде упругие деформации. [c.47]

Пэйн [301] считает, что динамические свойства системы каучук — сажа в высокоэластическом состоянии определяются следующими взаимосвязанными факторами структурным эффектом— возникновением сажевой структуры, обусловливающей жесткость наполненных вулканизатов при малых деформациях гидродинамическим эффектом частиц сажи, распределенных в вязкоупругой среде адгезией-между сажей и каучуком, роль которой возрастает с увеличением степени деформации. На рис. IV. 11 схематически показана зависимость модуля сдвига от амплитуды деформации с учетом трех факторов, перечисленных выше. На этом основании [c.164]

В качестве критериев возникновения Т. в. предлагались такие безразмерные параметры, как произведение скорости сдвига на характерное время релаксации, отношение первой разности нормальных напряжений к касательным, величина высокоэластич. деформаций, накапливаемых в потоке, различные соотношения между вязкоупругими характеристиками материала, определяемыми при измерениях динамич. свойств среды, и т. п. Все эти критерии эквивалентны только для простейших реологич. моделей материала (см. Реология), но дают различные количественные оценки условий наступления Т. в. для реальных вязкоупругих сред. Общий критерий наступления Т. в. для всех материалов не известен, что, возможно, связано не только с разными внешними формами проявления Т. в., но и с тем, что Т. в. может обусловливаться различными физич. процессами. К их числу относятся переход из текучего состояния в вынужденное высокоэластическое, переход от течения к пристенному скольжению, образование разрывов в материале, кристаллизация вследствие высокого гидростатич. давления и ориентации при течении через капилляр. Для простейших реологич. моделей теоретически исследована возможность появления Т. в. при возникновении гидродинамич. неустойчивости. [c.333]

Существующие методы измерения и контроля вязкоупругих свойств, позволяющие определять модуль высокоэластичности, вязкость при постоянной скорости или напряжении, релаксационные характеристики, не учитывают пусковых условий измерений, нестацио-нарности процессов переработки, оценивая их лишь качественно. Кроме того, результаты измерений не могут быть получены на одном образце и представлены дифференцированно. Предложен метод [21], основанный на измерении вязкоупругих свойств в режиме постоянно ускоряющихся деформаций с помощью ротационного вискозиметра типа цилиндр-цилиндр , позволяющий разделить общую величину напряжения на функции, обусловленные высокоэластической и пластической составляющими деформации. [c.446]

Переход из текучего в высокоэластическое состояние и обратно определяется соотношением скорости деформации н времени релаксации, которым может быть охарактеризованы вязкоупругие свойства полимера. Это соотношение выражается безразмерным нроиз-ведением ( 0), где 0 — некоторое характерное время релаксации. Рассматриваемый переход полимеров из одного физического состояния в другое должен совершаться при определенном значенииузО = == onst. Для линейных полимеров, однородных по молекулярным массам, все времена релаксации находятся в однозначной связи между собой. Кроме того, величина 9 прямо связана с начальной вязкостью полимера (подробнее см. гл. 3). Поэтому критическая скорость деформации Ys обратно пропорциональна начальной вязкости полимера и соответственно зависит от температуры. Но Ys = = (0/г]о)т5, где (0/т]о) (при Л/> ЛГ ) не должно зависеть от молекулярной массы и температуры, т. е. критическое напряжение сдвига Tj является постоянной величиной. Необходимо подчеркнуть, ЧТО условие т . = onst относится не только к случаю резкого перехода монодисперсных полимеров в высокоэластическое состояние и для полидисперсных полимеров, проявляющих аномалию вязкости, существует связь между 0 и t)q. Но если переход в высокоэластическое состояние совершается в области неньютоновского течения, то приближение к критическим условиям деформирования происходит постепенно. [c.192]

Пытаясь объяснить механические свойства полимерных смесей, Такаянаги с сотр. [910] модифицировал релаксационные модели вязкоупругого тела, заменив в них упругие и вязкие элементы на стеклообразные (пластик) и высокоэластические (каучук). На рис. 2.11 показаны некоторые простые комбинации моделей Такаянаги. Пластик обозначен буквой Р, каучук — буквой Р величины X и ф являются функциями их объемных долей в моделях с параллельным и последовательным соединением элементов соответственно. Модели о и б с параллельным и последовательным соединением элементов являются основными, их комбинации виг дают представление о других возможных моделях. Обращает на себя внимание сходство с моделями вязкоупругого тела, состоящими из упругих и вязких элементов и часто привлекаемыми для интерпретации свойств гомополимеров [910]. Схема а иллюстрирует модель с постоянной деформацией, б —с постоянным напряжением, в и г — возможные комбинации этих крайних случаев. [c.68]

Измерение релаксационных свойств нолимергомологических рядов, начиная с мономеров и олигомеров и вплоть до типичных высо-конолимеров, позволяет составить следующую общую картину изменения вязкоупругих свойств при характерных значениях молекулярных масс. Если Мк — молекулярная масса кинетического сегмента, участвующего в единичном акте переноса при вязком течении, то при достижении молекулярных масс порядка (5—10) Мк возникают зацепления и величина = (5—10) Мк отвечает расстоянию между узлами флуктуацнонной сетки зацеплений [см. формулу (3,32)]. В области молекулярных масс Мг, близких к 2М , образуется сетка зацеплений, что приводит к изменению характера зависимости вязкости от молекулярной массы и возможности развития больших обратимых (высокоэластических) деформаций. При дальнейшем уве- [c.278]

Критическое значение молекулярной массы и кратные ей значения влияют на весь комплекс вязкоупругих свойств полимеров. Так, только при М > Мкрит У высокомолекулярных соединений появляются большие обратимые (высокоэластические) деформации. Поэтому сопоставление свойств полимеров различных поли-мергомологических рядов целесообразно проводить не при равных абсолютных значениях молекулярных масс, а с учетом того, насколько они превышают М1ф т. Вязкоупругие свойства высокомолекулярных полимеров надлежит сравнивать по их молекулярным массам, нормированным по Мкрит, т. е. по отношению М/М рт. [c.222]

Пластмассы и природные полимеры. Как уже отмечалось, метод механохимической модификации материалов при пластикации не ограничивается только эластомерами и может быть применен к любым полимерам, проявляющим вязкоупругие свойства. Интересно отметить, что еще до фундаментальных исследований Уотсона с сотр. по холодной пластикации каучука Рейд [534] обнаружил, что при механической деформации смеси виниловых полимеров и мономеров одновременно проходят процессы деструкции и полимеризации. Однако, если полимер хорошо растворяется в мономере, этот метод нельзя применять, так как полимер не переходит в высокоэластическое состояние, в котором напряжение сдвига обеспечивает необходимый эффект. Таким образом, оказывается, что физическое состояние полимера, а не его химическое строение является основным фактором, от которого зависит образование макрорадикалов. На самом деле это не совсем так, и исследователи из ИАПНК осуществили механосинтез, используя 174 [c.174]

В вязкоупругих моделях сплошных сред, рассмотренных в данном разделе, используются теория высокоэластического состояния и принцип температурно-временной суперпозиции. При этом неявно принимается молекулярная природа вязко-упругого поведения материала, но явно не вводятся такие неконтинуальные понятия, как дискретность вещества, неравномерность структуры, упорядочение молекул, анизотропия молекулярных свойств, распределение молекулярных напряжений и накопление энергии деформации. Если отдельные акты молекулярного масштаба и неравномерность распределения напряжения или деформации незаметны или не представляют большого интереса, то вполне допустимо представление твердого тела как сплошной среды. [c.75]

Стремление установить в аналитическом виде зависимость между свойствами двухфазной полимерной системы и свойствами компонентов привело к созданию ряда модельных систем. Та-каянаги и сотрудники преобразовали релаксационные модели вязкоупругого тела, заменив вязкие и упругие элементы на высокоэластические и стеклообразные. Простые комбинации моделей представлены на рис. 18. Буквами П и К обозначены пластик и каучук, соответственно Я, и ф — функции объемных долей компонентов в моделях с параллельным и последовательным соединением элементов. Модель а, иллюстрирующая систему с постоянной деформацией и б — с постоянным напряжением, являются основными. Модели виг представляют собой возможные их комбинации. При параллельном соединении элементов суммарное напряжение а = О] - - Ог сгз + , а при последовательном их соединении суммарная деформация е = в - - еа + ез +. Применение закона Гука а = еЕ позволило полу- [c.30]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология