Вязкоупругость эластомеров

Рис. 2.2. Релаксационный модуль (1) и вязкоупругий спектр (2) в области различных физических состояний эластомера

Для линейного вязкоупругого эластомера это может быть показано следующим образом. Взаимосвязь между напряжением и деформацией или между напряжением и временем для полимерной сетки, растягиваемой с постоянной скоростью, выражается следующим образом [c.328]

Релаксационная спектрометрия полимеров в настоящее время находится в начальной стадии развития, но ей принадлежит, по-видимому, большое будущее. Важны развитие и разработка новейших методов получения непрерывных и дискретных спектров и применение их для расчетов и прогнозирования вязкоупругих свойств полимерных материалов. Очевидно, что разработка современных методов расчета и прогнозирования невозможна без знания всех релаксационных механизмов и их кинетических характеристик для различных полимерных материалов и особенно для тех, которые находятся в условиях длительной эксплуатации. В настоящее время можно считать установленными основные релаксационные пере ходы в полимерах, которые необходимо учитывать при прогнозировании их свойств. В частности, это относится к новым данным по релаксационным переходам (а -, Хг, кз- и ф-переходы), находящимся по шкале времен релаксации между а-процессом (стеклованием) и б-процессом (химической релаксацией). Для прогнозирования эксплуатационных вязкоупругих свойств эластомеров при относительно низких температурах наиболее важную роль играют медленные физические процессы релаксации ( - и ф-процессы), так как в течение длительного промежутка времени (до 50 лет) химической релаксации практически не наблюдается. Однако при высоких температурах для длительного прогнозирования основную роль начинает играть химическая релаксация. [c.144]

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]

Вязкоупругость эластомеров и методы релаксационной спектрометрии [c.55]

Однако при изучении различных вулканизатов в широком интервале температур и деформаций обнаруживаются существенные различия вязкоупругих свойств в зависимости от структуры эластомеров и условий их вулканизации. [c.83]

В ненаполненных сшитых эластомерах времена релаксации X- и 6-процессов не зависят от степени деформации до 150—200% растяжения, что свидетельствует о линейном вязкоупругом поведении этих материалов. [c.132]

Приведенные выше механические модели называются линейными, поскольку они описывают только начальный прямолинейный участок кривой растяжения. Упругость эластомера в этой линейной области называют линейной вязкоупругостью. Надмолекулярная структура полимера в этой области меняется незначительно (малые деформации) и ее практически можно считать неизменной. [c.126]

Вязкоупругие свойства эластомеров [c.17]

Отсюда следует, что кинетика процесса разрушения эластомера определяется главным образом не разрывом химических связей, происходящим на последнем этапе микрорасслоения, а процессами вязкоупругости в местах концентрации напряжения (в очагах разрушения). Таким образом, вклад релаксационных процессов в кинетику процесса разрушения является определяющим в отличие от хрупкого разрушения, где основной вклад в кинетику разрушения дают термофлуктуационные разрывы химических связей полимерных цепей. [c.344]

Перейдем к термодинамическому анализу процесса деформации полимера, находящегося в высокоэластическом состоянии,— эластомера. Пусть эластомер длиной /о под действием напряжения [ удлинился на величину d/. Исключим явления вязкоупругости, обеспечивая действующему напряжению достаточное время для достижения равновесной в данных условиях деформации. [c.107]

Анализируя с позиций термодинамики равновесные процессы деформации эластомеров, следует иметь в виду, что понятие равновесный относительное, если его характеризовать с точки зрения времени, необходимого для достижения равновесия. Так, в системе с подвижными молекулами (или сегментами) равновесие устанавливается достаточно быстро, а в системе с малоподвижными элементами структуры может вообще не быть достигнуто. Это становится особенно ясным при учете представлений о вязкоупругости чем выще вязкое сопротивление перемещению сегментов, тем медленнее развивается эластическая деформация. [c.117]

Информация о вязкоупругих свойствах эластомеров может быть получена также при растяжении образцов. Данные измерений релаксации напряжения при растяжении длительное время используются исследователями для характеристики свойств эластомеров в зависимости от их состава и структуры. При малых деформациях (до К=, 1 или 8=10%) поле тензора напряжений в образце (имеются только нормальные компоненты тензоров) определяется в следующем виде [c.59]

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]

Вязкоупругость — комбинация элементарных реологических свойств эластомеров — упругости и вязкости. [c.68]

ЛИЙ (шины, РТИ, резиновая обувь, предметы санитарной гигиены и др.) и несмотря на специфику их производства, существуют общие для всех отраслей резиновой промышленности вопросы систематизации, теоретического описания и совершенствования на научной основе процессов изготовления и профилирования (шприцевание, каландрование) резиновых смесей. Эти процессы подготовительного производства целесообразно описывать с точки зрения единой реологической основы, выделяя характерные особенности переработки эластомеров — большие вязкоупругие деформации и течение. [c.7]

Указанная аномалия вязкости проявляется для эластомеров очень резко и ее фактический неучет в уравнениях вязкоупругости является большим недостатком теории [22, 24—28]. [c.28]

Влияние структурных параметров наполнителя на механические свойства рези представляется в первом приближении ясным. Что касается связи неравновесных (вязкоупругих) свойств наполненных эластомеров с усиливающим действием наполнителя, а также представлений о молекулярном механизме усиления, то эти вопросы требуют как более детального теоретического рассмотрения, так и дальнейших экспериментальных исследований. [c.146]

При деформировании эластомеров большую роль играют нестационарные эффекты, развивающиеся в период, когда напряжение сдвига еще не достигло или уже превысило устойчивое значение. Для линейного вязкоупругого поведения материала напряжение при постоянной скорости сдвига. во времени (с момента приложения нагрузки) должно увеличиваться монотонно, асимптотически приближаясь к постоянному значению (рис. 1.11). При этом вначале (в области возрастающей ветви кривой) материал ведет себя подобно упругому телу, и тангенс угла наклона касательной к кривой в начале координат приближенно может характеризовать мгновенный (динамический) модуль упругости [6]. Асимптота, к [c.29]

Общие закономерности вязкоупругого поведения наполненных полимеров в зависимости от их химической природы и гибкости цепи проявляются при изучении его температурно-частотной зависимости. Вязкоупругие свойства обычно исследуются методом приведенных переменных [198] с использованием метода преобразования температурных и частотных шкал. При этом экспериментально получаемые величины, в частности динамический модуль, совмещаются в одну обобщенную кривую, охватывающую очень широкий диапазон частот и температур (метод ВЛФ). В ряде проведенных к настоящему времени исследований была показана применимость уравнения Вильямса — Лэндела — Ферри к наполненным системам, преимущественно к эластомерам [234— 242]. Температурная зависимость времен релаксации и запаздывания различных наполненных вулканизатов также может быть описана с помощью уравнения ВЛФ [c.136]

Согласно теории Буше—Халпина [69], разрушение эластомеров определяется ограниченной вязкоупругой растяжимостью каучукоподобных нитей. Авторы данной концепции предполагают, что большая часть волокон на вершине растущей трещины натянута до своего критического удлинения Кс,- Образец разрушается при большей деформации Хь, когда <7 волокон разорвутся за время Величины кь и Кс связаны через ползучесть материала и коэффициент концентрации напряжений. Предложенная теория позволяет рассчитать удлинение при разрыве кь, если известна ползучесть. При этом не учитывается зависимость концентрации напряжения от длины растущей трещины или уменьшения долговечности одного волокна в процессе ползучести образца. Предполагается, что все волокна придется вытянуть от практически нулевого удлинения до Кс-В первую очередь это удлинение будет влиять на численные значения д, которые можно рассчитать путем построения экспериментальных поверхностей ослабления материала. Группа из д волокон при статистическом развитии событий, когда разрушение одного из них может повлечь за собой полное разрушение последующего, определяется средней долговечностью < ь>, равной и распределением Пуассона для (ь. [c.91]

Неустойчивый режим наступает при определенном значении A/ t. Видно, что при постоянных V и D неустойчивость вязкоупругих материалов наступает при определенных значениях М и г], а для конкретного материала (с заданными Мил) —при увеличении скорости или уменьшении диаметра насадки. Эластомеры с меньшими М допускают большие критические скорости и напряжения. [c.31]

Экспериментальное и теоретическое исследование непрерывного роста трещины в вязкоупругой среде проводил Кнаусс [29]. На примере полиуретанового эластомера ( солитан 113 ) он изучил рост трещины при чистом сдвиге и получил решение вязкоупругой граничной задачи на собственные значения о распространении трещины в изотропном однородном несжимаемом твердом теле. Он нашел, что получаемая ранее особенность напряжения у вершины трещины исчезает. При таких условиях коэффициент интенсивности напряжения описывает лишь условия дальнего поля нагружения. Кнаусс установил, что энергия разрушения, зависящая от скорости процесса, по существу, является произведением внутренней энергии разрушения , вероятно, молекулярной природы и безразмерной функции, которая учитывает реологию материала, окружающего вершину трещины. Для полиуретанового эластомера внутренняя [c.357]

Существует тесная связь между релаксационными и прочностными свойствами полимеров. Выше уже говорилось о том, что разрушение некоторых типов полимеров (например, эластомеров) при одноосном растяжении можно рассматривать как вязкоупругий процесс. При этом учитывается, что молекулярные процессы, ведущие к разрушению, протекают в очень малом объеме материала. В теориях, описывающих разрушение полимеров как рост трещин, обычно учитывают, что молекулярные [c.303]

Долговечность полимеров выше Тс. определяется Х-процесса-ми релаксации, ответственными за медленные физические процессы релаксации в эластомерах и вязкое течение. Энергия активации всех процессов вязкоупругости (включая вязкое течение) и разрушения эластомеров одна и та же. Для полярных эластомеров ниже температуры Тя долговечность и вязкость контролируются я-релаксационным процессом (распад дипольных узлов), а выше Тп — по-прежнему А,-процессами релаксации. [c.242]

Тесная связь релаксационных процессов с прочностными свойствами полимеров проявляется также и в том, что принцип Вильямса—Лэндела—Ферри иногда успешно применяется для описания экспериментальных данных по прочности и долговечности полимеров. Учитывая, что прочность эластомеров носит вязкоупругий, релаксационный характер, можно полагать, что использование этого метода в данном случае может быть в какой-то степени оправдано. [c.305]

Релаксационный модуль можно также определить, проводя измерения при постоянной скорости деформации. Этот метод был использован Смитом [13] для исследования эластомеров, однако в этом случае проявляется нелинейность вязкоупругих свойств, что будет подробно рассмотрено в гл. 9. [c.111]

Полуэмпирическое обобщение представлений линейной теории вязкоупругости было предложено Смитом [10], который успешно объяснил этим способом поведение эластомеров при больших деформациях. [c.193]

Отсюда следует, что кинетика процесса разрушения эластомера определяется главным образом не разрывом поперечных химических связей, происходящим на последнем этапе микрорасслоения, а вязкоупругими процессами в местах концентра- [c.230]

Этот вывод справедлив вне зависимости от деталей химического строения или физической структуры полимера. Поэтому, например, объяснения явления перехода через предел текучести, основанные на представлениях о разделении кристаллов или межламелярном скольжении, имеют очень частное значение и относятся только к специфическим случаям. Наиболее важной задачей здесь является, так же как и нри анализе проблем линейной вязкоупругости или высокоэластических деформаций эластомеров, выявление наиболее общих феноменологических закономерностей обсуждаемого эффекта, выбор подходящих измеряемых параметров, характеризующих переход через предел текучести, и затем молекулярная интерпретация установленных экспериментальных фактов. - [c.248]

Хотя в модели сетки используются иные посылки, нежели в модели ожерелья , между ними может быть установлено соответствие. Физическим основанием для этого является то, что возрастание сопротивления перемещению сегментов цепи в модели ожерелья связано с представлением о трении в узлах сетки зацеплений. Однако геометрия движения цени в сопоставляемых случаях различна в модели сетки каждая цепь смещается афинно деформации тела как целого (подобно тому, как это происходит в эластомере, связанном сеткой химических связей), в модели ожерелья цепь перемещается целиком относительно своего окружения. Тем не менее соотношения между макроскопическими напряжениями и деформациями в модели ожерелья совершенно такие же, как в модели сетки, т. е. представляются общим для обоих случаев уравнением линейной теории вязкоупругости. При этом использование модели ожерелья имеет то преимущество, что позволяет в конкретной форме выразить значения времен релаксации в спектре. Тогда выражение для функции памяти в модели сетки заменяется эквивалентным ему, но более конкретным выражением [c.297]

Известно очень ограниченное число исследований, посвященных изучению динамических свойств эластомеров при средних и больших деформациях. Однако выполненные работы позволяют сформулировать некоторые экспериментально доказанные факты. Так, установлено, что зависимость динамических свойств от температуры и скорости деформации подчиняется соотношению Ферри [1], а именно семейство кривых, характеризующих зависимости напряжений от скорости деформации при различных температурах, может быть совмещено в одну обобщенную характеристику путем сдвига первичных кривых вдоль оси логарифма скорости деформации величина сдвига зависит от температуры, причем при надлежащем выборе температуры приведенная зависимость величин сдвигов от температуры описывается таким же общим соотношением, как и вообще температурная зависимость вязкоупругих свойств различных полимеров. [c.181]

Течение смесей при высоких скоростях сдвига. Процесс переработки эластомеров при высоких скоростях деформации определяется тремя основными факторами 1) пластицируемостью (т. е. изменением молекулярной массы) каучуков в процессе переработки 2) эффективной вязкостью полимера при течении в органах перерабатывающего оборудования и зависимостью ее от скорости (напряжения) сдвига 3) вязкоупругими эффектами нарушения процесса течения смеси, приводящими к искажению формы изделий. [c.76]

Определение жесткости и эластического восстановления на дефометре чаще применяют при испытаниях жестких каучуков и резиновых смесей. Физический смысл условных показателей пластичности, мягкости (жесткости) и восстанавливаемости, получаемых при стандартных испытаниях на сжимающих пластометрах, далеко не ясен. Тем не менее они могут служить сравнительной характеристикой вязкоупругих свойств каучуков и резиновых смесей. Интегральные испытания на Дефо-эластометре (ИДЭ) дают результаты, весьма чувствительные к параметрам микроструктуры эластомера. [c.453]

Следует еще раз подчеркнуть, что линейные соотношения в законах Гука и Ньютона приближенно справедливы лишь при малых деформациях или скоростях деформаций соответственно. Кроме того, реальные реологические среды, и прежде всего эластомеры, обладают и вязкими, и упругими свойствами в различных сочетаниях. Поэтому для описания деформационного поведения эластомеров необходимо рассмотреть основные положения линейной и нелинейной теории вязкоупругости. [c.17]

Роль вязкоупругих процессов в разрушении эластомеров следует из независимого цикла работ Томаса, Лейка, Линдлея, Маллин-за, Джента, Эндрюса, Смита и других английских ученых [12.1— 12.5 82]. [c.338]

Широко исследовано влияние скорости деформации и температуры на прочностные свойства эластомеров и аморфных полимеров. Смит и его сотрудники [58—60] изучили зависимость прочности при растяжении и разрывного удлинения от скорости деформации для большого числа эластомеров. Оказалось, что результаты, полученные при разных температурах, могут быть обработаны по методу суперпозиции смещением кривых вдоль оси скорости дeфopмa п,ии (в логарифмическом масштабе) с образованием приведенных (обобщенных) кривых прочности и разрывного удлинения, построенных в функции скорости деформации. Результаты подобного рода приведены на рис. 12.30, а и б, суммирующих экспериментальные данные Смита для ненаполненной резины из бутадиен-стирольного каучука. Замечательно то, что температурная зависимость фактора приведения, полученная в результате суперпозиции как по значениям предела прочности, так и по величинам разрывного удлинения, имеет форму, отвечающую уравнению ВЛФ для суперпозиции в области линейного вязкоупругого поведения аморфных полимеров при малых деформациях (рис. 12.31), а полученное нри этом значение температуры стеклования хорошо согласуется со значением, найденным из дилатометрических измерений. [c.346]

Полученные результаты свидетельствуют о том, что процессы вязкоупругости и разрушения как в полярных эластомерах, так и в неполярных эластомерах определяются флуктуацнонной природой и молекулярной подвижностью надмолекулярных образований и соответственно Я-процессами релаксации, а также молекулярной подвижностью локальных диполь-дипольных узлов молекулярной [c.351]

Энергия активации всех указанных процессов инвариантна относительно напряжений (до 10 МПа), деформации растяжений (до 300%) и не зависит от того, сшит или иесшит эластомер. Кроме того, установлены границы температурно-силового диапазона инвариантности энергий активации процессов вязкоупругости и разрушения. Совпадение энергий активации различных процессов в этих границах свидетельствует об общности природы процессов релаксации и разрушения в высокоэластиче-ском состоянии. Полученная корреляция прочностных и релаксационных характеристик эластомеров позволяет прогнозировать прочностные свойства эластомеров по данным их релаксационной спектрометрии, учитывая, что аналогичные релаксационные, реологические свойства и степенной закон долговечности наблюдаются и для других эластомеров [7.107—7.109]. [c.235]

Существует несколько попыток моделировать упругие, вязкие и вязкоупругие свойства, проявляющиеся при деформировании реальных полимеров. Одной из таких моделей является модель Б. А. Догадкина, Г. М. Бартенева и М. М. Резниковского. Она вводит зависимость времени релаксации для описываемой полимерной системы не только от температуры и химической природы полимера, но и от величины приложенного напряжения. С увеличением последнего возрастает скорость перегруппировки сегментов макромолекул по направлению растягивающего напряжения. В процессе релаксации напряжения при постоянной деформации модели установится некоторое значение напряжения, мало меняющееся в дальнейшем, так как увеличивается энергия, необходимая для обратной перегруппировки сегментов макромолехул. Такое напряжение может быть условно принято как равновесное (а<х>), а релаксационные процессы определяются разностью между напряжением в момент времени I и равновесным (а—Ооо). Эта модель удовлетворительно описывает поведение эластомеров (рис. 42). [c.97]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология