Вязкоупругое полимерное тело

Название данного раздела соответствует очень эффективной модели простой поверхности ослабления , предложенной Смитом [41]. Эта модель опирается на рассмотрение вязкоупругого поведения сплошных полимерных тел, т. е. на представление, которое должно сводиться согласно принципу температурно-временной суперпозиции внешних параметров нагружения-напряжения, скорости деформации и температуры к соответствующим молекулярным состояниям. Если критерий разрушения действительно имеет единые пределы молекулярной работоспособности, то построенные кривые приведенного напряжения Б зависимости от деформации при разрушении в различных экспериментальных условиях должны ложиться на одну обобщающую кривую (рис. 3.6). Эта концепция справедлива применительно к большому числу натуральных и синтетических каучуков и вулканизатов при однотипных механических йены- [c.73]

Аномалии в механических свойствах полимеров достаточно подробно рассмотрены в работах [2—5, 16, 17, 43, 48, 49]. Причины, вызывающие эти аномальные отклонения, кроются в свойствах и строении цепных макромолекул, а также в развитии тех или иных надмолекулярных структур. Исходя из современных представлений релаксационных явлений полимерных тел [16, 18, 42, 48], можно утверждать, что рассматриваемой системе полимер — растворитель при ограниченном набухании полимера с пространственной структурой присущи свойства, характерные как для жидкости, так и для твердого тела,— так называемые вязкоупругие свойства. Свойства вязкоупругости проявляются различными путями. Тело, не являющееся идеально твердым, не достигает постоянных значений деформации при постоянных напряжениях, а продолжает медленно деформироваться с течением времени (ползти). С другой стороны, не являющееся полностью жидким, тело при течении под действием постоянного напряжения может накапливать подводимую энергию, вместо того чтобы рассеивать ее в виде тепла. [c.308]

Рис. 7.1. Модель вязкоупругого тела для описания релаксационных и диффузионных явлений в полимерных телах.

Простейшими механич. М. являются Максвелла модель и Кельвина модель, описывающие свойства двух основных типов релаксирующих тел — соответственно упруговязкого (текучего тела, обладающего упругостью) и вязкоупругого (упругого тела с внутренним трением). Одпако эти модели дают только качественное и далеко не полное описание релаксационных явлений в полимерных телах. Формально соединяя в единую систему большое число моделей Максвелла и Кельвина с различными характеристиками входящих в них пружин и демпферов, получают М., способные описать механич. релаксационные процессы в полимерных телах с любой степенью точности. При этом любое число параллельно соединенных различных моделей Кельвина полностью эквивалентно одной модели Кельвина [c.131]

О построении нелинейных теорий вязкоупругости полимерных тел [c.103]

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]

ВЯЗКОУПРУГОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ТЕЛО — см. [c.294]

Полимерные материалы являются вязкоупругими твердыми телами. Склонность последних к неупругому и пластическому деформированию убывает, когда они испытываются при высоких скоростях нагружения и (или) при низких температурах. Более низкая деформируемость вызывает у прежде вязкого или высокоэластичного полимера хрупкое разрушение. Убедительным доказательством этого факта служит хрупкое разрушение при испытании на удар натурального каучука при температуре жидкого азота. [c.268]

Очевидно, что сочетания этих двух простейших элементов могут с различной степенью точности моделировать вязкоупругие свойства полимерных тел. Наиболее простой моделью, сочетающей упругие и вязкие свойства, является предложенное Максвеллом последовательное соединение этих простейших элементов, которое проявляет эти свойства за время действия силы (рис. 39, в). Схематически такая модель изображена на рис. 40. [c.95]

ВЯЗКОУПРУГОЕ ПОЛИМЕРНОЕ ТЕЛО [c.291]

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]

Если в результате воздействия внешних сил на полимерное тело в нем происходит накопление внутренней энергии, а рассеяния ее не происходит, тело называется упругим. В случае, когда работа внешних сил полностью рассеивается, тело характеризуется как вязкое. Наконец, если в полимерном теле происходит под воздействием внешних сил лишь частичное накопление энергии, а остальная часть ее рассеивается, такое тело называют вязкоупругим (или упруго вязким). [c.126]

Вязкоупругое стекло исследовалось также и при частичном размягчении посредством добавления растворителя — дибутил-фталата, который является пластификатором с низкой летучестью. Подобно полистиролу, примененному Максвеллом и Ромом, полиметилметакрилат представлял собой стеклообразное прозрачное полимерное тело. [c.243]

К. м., как и Максвелла модель, используют для построения обобщенной теории линейной вязкоупругости, в к-рой вязкоупругие свойства тела описываются не одним, а набором (спектром) времен запаздывания. Зависящие от времени характеристики К. м., за редким исключением, слишком упрощенно воспроизводят вязкоупругие свойства реальных полимерных материалов, однако анализ реологич. ур-ния состояния К. м. позволяет понять нек-рые особенности деформации полимерных твердых тел по сравнению с простейшими чисто упругими телами при различных режимах нагружения. [c.505]

Таким образом, полимерные материалы являются вязкоупругими физическими телами. [c.80]

ВЯЗКОУПРУГОСТЬ, деформационное поведение реальных тел, при к-ром сочетаются явления, характерные как для упругих сред, так и для вязких жидкостей (см. Реология). В. ТВ. тел состоит в том, что при их деформировании часть работы внеш. сил рассеивается в форме тепла (дисс -пирует), В. жидкостей — в том, что энергия деформирования частично запасается и отдается после снятия внеш. нагрузки. В. проявляется, если длительность нагружения совпадает по порядку величины с временем, необходимым для внутримол. перестройки, что характерно, напр., для полимерных тел. Так, В. определяет их демпфирующую способность, ползучесть при длит, нагружении, саморазогрев при циклич. нагружении. [c.113]

Приведенная на рис. М. упруговязкого полимерного тела превращается в М. вязкоупругого тела, если левый конец цепи прикрепить при помощи пружины к оболочке М., уничтожив этим возможность необратимых перемещений. [c.130]

Можно полагать, что реальное полимерное тело должно характеризоваться несколькими временами запаздывания, каждое из которых формально связано с определенной жесткостью пружины , и соответствующим параметром вязкого сопротивления П -. Тогда модель вязкоупругого тела, обладающего [c.82]

Помимо изменений вязкоупругого поведения полимерных тел в зависимости от времени, температуры, молекулярного строения и состояния материала, о которых говорилось выше (см. рис. 10 и 11), необходимо учитывать изменения, связанные [c.65]

Полимерные материалы, и в частности пластмассы, относятся к классу вязкоупругих сред. Это означает, что их механические свойства характеризуются сочетанием показателей, типичных как для упругих тел, так и для вязких жидкостей. Поэтому классические методы определения модулей упругости твердых тел и вязкости жидкостей не дают однозначных, и следовательно физически осмысленных, результатов при попытках приложения этих методов к реальным полимерам. [c.97]

Роль процессов локальных перемещений в материале особенно важна при постепенном снижении прочности, когда материал ведет себя как неупругое тело. Это справедливо для вязкоупругих материалов и стекол. В полимерных телах основную роль в совместном перемещении цепей играет сегментальная подвижность, поскольку движение цепи само по себе обусловлено суммарным перемещением всех кооперированных сегментов. [c.279]

Будучи гибкой, полимерная цепь непрерывно флуктуирует, приобретая всевозможные конформации. Множественность конформаций непосредственно связана с вязкоупругими свойствами полимеров и во многом определяет их высокоэластичпость. Молекулярная масса, характеризуемая степенью полимеризации, влияет на текучесть полимерных расплавов и растворов, а также на деформируемость и прочность полимерных тел. С ростом степени полимеризации механическая прочность и вязкость полимеров увеличиваются. С вязкостью полимерных веществ связаны релаксационные процессы, протекающие при различных механических воздействиях. Очевидно, что чем выше молекулярная масса, тем больше время, необходимое для устаповлеиия равновестюго состояния нри механическом воздействии на него. [c.48]

Если экспериментально получаемое отношение напряжения к деформации является функцией только времени, а не напряжения, то независимо от типа деформаций (просто сдвиг, всестороннее сжатие, растяжение) имеет место так называемое линейное вязкоупругое поведение. Тогда деформация, развивающаяся в полимерном теле к моменту времени действия постоянного напряжения /, может быть рассчитана, если известно деформирующее напряжение и закон изменения деформации во времени [c.82]

Сжатие пористого эластичного остова, представляющего собой полимерное вязкоупругое тело, включает упругую и вязкую деформации. Давление при деформации растет в соответствии с реологической закономерностью [c.52]

Понятия о мгновенно-упругих п высокоэластич. деформациях представляют собой идеализацию, поскольку деформирование реальных полимерных тел всегда сопровождается диссипативными эффектами — часть работы внешних сил необратимо рассеивается в виде тепла. Поэтому реальные полимеры являются вязкоупругими или упруговязкими (см. Кельвина. модель, Максвелла. модель, Больцмана — Волыперры уравнения). Эффекты, связанные с вязкоупругими релаксациопны-ми явлениями, наиболее резко выражены в переходных областях между стеклообразным и высоко )ла-с.тическим и высокоэластическим и вязкотекучим состояниями. [c.116]

Выше рассмотрены некоторые вопросы механики твердых полимерных тел, в частности, вопрос о сегментальной подвижности молекулярных цепей, которая является причиной перемещений частей макромолекул и неопределенности конфигурации цепей. Свойства жидкообразных и газообразных веществ, проявляющиеся при диффузии аморфных цепей, были использованы для объяснения поведения каучукоподобных, кожеподобных и стеклообразных полимерных тел при сдвиге. Свойства идеальных тел, подчиняющихся законам Гука или Ньютона, были сопоставлены с действительным поведением реальных веществ, полимерных и неполимерных. Были отмечены особенности термически активированного переноса, обсуждались вопросы конформационной упругости и линейных вязкоупругих свойств полимерных тел. [c.87]

Особенности физических свойств аморфных полимеров. Поскольку всякое структурное превращение в А. с. требует времени, что проявляется, как ранее упоминалось, в релаксационных явлениях, многие свойства аморфных полимерных тел очень чувствительны к скорости внешних воздействий, а также к темп-ре. Так, высокоэластич. линейный полимер ведет себя как стеклообразный (иногда даже хрупкий) при достаточно высоких скоростях деформациц или при низких темп-рах (см. Стеклообразное состояние), но проявляет текучесть, характерную для вязкотекучего состояния, т. е. для жидкого по агрегатному состоянию аморфного полимера, при достаточно медленных силовых воздействиях или при достаточно высоких темп-рах. Поэтому полимеры в А. с. являются упруговязкими телами при линейном строении их макромолекул и вязкоупругими телами при образовании прочной пространственной структуры. [c.62]

М. м., как и Кельвина модель, используется для построения обобщенной теории линейной вязкоупругости, описывающей поведение тел, механич. свойства к-рых характеризуются не одним, а набором (спектром) времен релаксации. Эта теория позволяет приблизиться к описанию свойств реальных полимерных тел, однако она не учитывает зависимость самих времен релаксации от условий деформирования, обусловливающую разнообразные нелинейные эффекты (см. Реология). Тем не менее простейшая М. м. полезна для качественного анализа релаксационных свойств вязкоупругих жидкостей, т. к. она отражает нек-рые принципиальные особенности их поведения. А. я. Малкип. [c.66]

Внутреннее трение — свойство твердого полимерного тела, характеризующее рассеяние в нем энергии при упругих и высокоэластич. деформациях. Это свойство обусловливает релаксационный характер развития этих деформаций. Если упругое твердое тело имеет внутреннее трение, оно наз. вязкоупру-г и м. При линейном вязкоупругом поведении соблюдается пропорциональность деформации напряжению в каждый момент времени. Полимерные жидкости, проявляющие наряду с текучестью упругость формы, наз. упруговязкими (см. Реология). [c.115]

Микрореология полимеров основана на мол.-кине-тич. моделях, представляющих полимер набором последовательно соединенных друг с другом максвелловских тел, диспергированных в вязкой или вязкоупругой среде (модели Каргина-Слонимского-Рауза и др.). Эти модели позволили объяснить и предсказать форму релаксац. спектра полимера, оценить влияние длины цепи и содержания полимера в р-ре на времена релаксации. Согласно т. наз. скейлинговой концепции, в первом приближении все длинноцепочечные полимеры проявляют подобные св-ва при надлежащем выборе масштаба сравнения, а определяющую роль в проявлениц реологич. св-в полимерных систем играет только длина цепи, но не ее хим. строение. Этот подход позволил получить выражения, описывающие с точностью до численных коэффициентов реологич. св-ва полимерных материалов с помощью степенных ф-ций, подобных вышеприведенной зависимости т] от М. [c.249]

Для вязкоупругой жидкости с о = 10 - соответствующая частота равна примерно 10 ц, для ягких полимерных тел с G = 10 она составляет 10 гц, для жестких тел с G = 10 ° она равна 10 гц. Только в редких случаях — возможно, для разбавленных растворов полимеров в мегагерцном диапазоне частот — можно пересечь область этого перехода, так как G всегда растет с частотой. [c.125]

В заключение заметим, что очень часто предпринимаются попытки использовать простые модели Максвелла или Кельвина — Фойхта для описания динамических вязкоупругих свойств полимерных материалов. Из изложенного выше следует, что такой подход является прин ишиально неверным, так как формулы (7.45) и (7.49) даже качественно не могут описать динамические вязкоупругие свойства полимеров. Для качественной оценки вязкоупругого поведения полимеров в некоторых случаях молено использовать модель линейного стандартного вязкоупругого тела или модель, приведенную на рис. 57. Две последние модели можно применять лишь для описания одного релаксационного процесса, в котором распределение времен релаксации может быть в первом (весьма грубом) приближении заменено одннм усредненным, эффективным временем релаксации. Выражения (7.50) — (7.59) качественно правильно описывают динамические вязкоупругие и акустические свойства полимеров они указывают на дисперсию (частотную зависимость) динамического модуля упругости (или дисперсию скорости звука) приводят к конечным значениям динамического модуля как в случае низких частот (со—>О), так и в случае высоких (со—иоо) указывают, что для каждого релаксационного процесса должен существовать максимум на частотной зависимости tgo. [c.248]

При рассмотрении этой общей картины важно,вспомнить предположения Редокса о роли концентрации напряжений в линейновязкоупругих телах (см. Импульсы напряжения нелинейно- вязкоупругих телах , Д. Редокс). Реальный подход к прочности некристаллических полимерных тел нуждается в учете этого вида упрочнения, равно как и других видов деформационного упрочнения. Эта проблема включает, очевидно, и рассмотрение нелинейных вязкоупругих свойств материала.. [c.264]

Теория вязкоупругости показывает, что необходимо различать основные характеристические времена материала и псевдохарак-теристические времена тела, подвергаемого неоднородному де р-мированию. Термин характеристическое время применяется для обозначения абсолютного значения величины, обратной коэффициенту при времени экспоненциальных членах, из суммы которых складывается временная зависимость напряжения. Основные времена релаксации появляются независимо от формы образца и способа нагружения или деформирования тела, в то время как псевдохарактер истические времена релаксации тесно связаны с геометрической формой конкретного исследуемого тела. Могут возникать ситуации, когда первые (характеристические) времена не входят в частное решение задачи о деформировании полимерного тела, но, очевидно, что в принципе их нельзя не учитывать. [c.500]

Действительная часть модуля упругости Ке = получила название динамического модуля упругости, а мнимая часть 1тЕ =Е" называется модулем потерь. Выражение (7.3) имеет важнейшее значение для описания поведения полимерных материалов при периодическом воздействии. Пусть к телу приложено синусоидально изменяющееся напряжение сг = сгоС05со где I — время, и = 2л — круговая частота ([ — число колебаний в 1 с), Сто — амплитудное значение напряжения. В этом случае, если тело обнаруживает линейное вязкоупругое поведение, то деформация будет также изменяться синусоидально, но будет отличаться по фазе от напряжения 5 = = 5оС08(и —б), где 5о — амплитудное значение деформации, а б — сдвиг фаз между напряжением и деформацией. [c.233]