Вязкоупругие свойства и частота

Этот метод исследования вязкоупругих свойств жидкости позволяет проводить измерения на звуковых частотах в широком интервале температур и скоростей сдвига при фиксированной, постоянной во времени, величине рабочего зазора. Это позволяет проводить моделирование процесса формирования граничного слоя жидкости на контакте с твердой фазой [5]. [c.83]

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]

СИХ пор не исследовался, с целью проверки высказанных выше соображений нами были проведены исследования вязкоупругих свойств наполненных полимеров в динамическом режиме нагружения. Были изучены частотные и температурные зависимости модуля упругости при сдвиге G и тангенса угла механических потерь tg6 для эпоксидной композиции с различной концентрацией кварцевого наполнителя. Из приведенных зависимостей G от частоты деформирования были вычислены спектры времен релаксации. На рис. И1. 32 построена спектральная функция Н для различных времен релаксации т их при различных объемных долях наполнителя Ф. При малой концентрации наполнителя (Ф = 0,04) спектр времен релаксации претерпевает заметные изменения лишь в области малых времен, несколько смещаясь в сторону малых времен релаксации. [c.140]

Реакция вязкоупругого материала на внешнее воздействие решающим образом зависит от соотношения между временными масштабами эксперимента и релаксации как свойства вещества. В зависимости от этого соотношения наблюдаемое поведение исследуемого образца кажется совершенно различным. Но в действительности — это лишь многообразные проявления комплекса вязкоупругих свойств материала. Поэтому необходимым фактором оказывается введение в экспериментальную схему временного параметра. При испытаниях на ползучесть или релаксацию это достигается измерением деформаций или напряжений, изменяющихся во времени. При динамических испытаниях пластмасс, которым посвящена настоящая часть книги, осуществляется периодическое нагружение образца, и роль временного фактора играет частота колебаний. [c.97]

Основные сведения о вязкоупругом поведении полимеров 232 Феноменологическая теория вязкоупругих свойств полимеров 238 Зависимость вязкоупругих свойств полимеров от частоты и температуры 249 Акустическая спектроскопия полимеров 257 Зависимость акустических параметров от структуры полимеров 267 Кристаллические полимеры 267 Сетчатые полимеры 273 Аморфные полимеры 277 [c.5]

Основными задачами теории, описывающей вязкоупругое поведение полимеров, является установление зависимости этих параметров от частоты и температуры, а также зависимости от химического строения и физической структуры. Существует несколько способов описания вязкоупругих свойств полимеров [1]. Одни из них основаны на использовании механических или электрических моделей, т. е. на применении методов электромеханической аналогии, другие — на использовании уравнений последействия Больцмана — Вольтерры [2, 3]. Один из возможных способов описания вязкоупругого поведения полимеров основан на теории упругости и некоторых представлениях термодинамики необратимых процессов [4]. [c.238]

Таким образом, в случае модели Кельвина—Фойхта динамический модуль упругости не зависит от частоты и tgo не имеет максимума на кривой tgo=f(сох). Оба эти условия вряд ли могут выполняться в таких средах, как полимерные -материалы, вязкоупругие свойства которых проявляются чрезвычайно сильно. [c.245]

ЗАВИСИМОСТЬ ВЯЗКОУПРУГИХ свойств ПОЛИМЕРОВ от ЧАСТОТЫ И ТЕМПЕРАТУРЫ [c.249]

При изменении в широких пределах частоты акустических колебаний или температуры динамические механические (вязкоупругие) свойства полимеров претерпевают значительные изменения, вызванные протеканием релаксационных процессов, которые обусловлены различными видами молекулярного движения. Характер молекулярного движения определяется химическим строением и структурой полимера. С другой стороны, важнейшие физические свойства полимеров зависят от интенсивности и особенностей релаксационных процессов, а следовательно, от характера молекулярного движения. [c.259]

Особенности акустической спектроскопии полимеров очень своеобразно проявляются при исследовании динамических вязкоупругих свойств полимеров в широком интервале температур и частот. [c.267]

Резонансные методы и методы свободных колебаний наиболее просты и обеспечивают высокую точность определения динамических характеристик материала в широком интервале температур. Однако они страдают существенным недостатком, состоящим в том, что частота измерения зависит от жесткости образца, а так как жесткость изменяется с температурой, то измерения проводятся при различных частотах. Поэтому для определения частотной и температурной зависимостей вязкоупругих свойств предпочтительнее использовать нерезонансные методы вынужденных колебаний. [c.118]

Для измерения динамического модуля при растяжении используется следующий принцип образец в форме тонкой полоски, моноволокна или пряжи подвергается гармонической деформации растяжения и одновременно измеряется напряжение. Вязкоупругие свойства определяются по отношению амплитуд напряжения и деформации и сдвигу фаз между ними (см. раздел 5.3.1). При этом необходимо учитывать два существенных ограничения при измерениях и расчетах. Во-первых, образец должен иметь сравнительно малую длину, чтобы не было заметного изменения напряжения вдоль образца, т. е. длина волокна должна быть малой по сравнению с длиной волны приложенного напряжения. При самом низком значении модуля, которое может быть измерено, 10 дин/см , и плотности образца 1 г/см скорость продольной волны составит 10 см/с. При частоте 100 Гц длина волны напряжения равняется 100 см. Отсюда верхний предел длины образца при этой частоте равен приблизительно 10 см. Во-вторых, существует предел, налагаемый временем релаксации напряжения, причем ясно, что напряжение, развиваемое в материале, не должно релаксировать полностью. [c.118]

Большая часть ранних исследований линейного вязкоупругого поведения высокомолекулярных соединений была посвяш ена аморфным полимерам. Это связано с тем, что аморфные полимеры обнаруживают более четко выраженные изменения вязкоупругих свойств в зависимости от частоты (а также, как будет показано ниже, и от температуры), чем кристаллические полимеры. [c.125]

Рисунок свидетельствует о наличии четырех характерных областей поведения аморфных полимеров — стеклообразной, вязкоупругой, высокоэластической и вязкотекучей. Вязкоупругое поведение полиизобутилена типично для обычных проявлений линейных вязкоупругих свойств. Комплексные модули при высоких частотах приблизительно постоянны и равны 101 дин/см . В области вязкоупругости они уменьшаются до значений порядка 10 дин/см. В высокомолекулярном образце, о котором идет речь, значение модуля остается постоянным и равным 10 дин/см [c.125]

Влияние химических или физических поперечных связей на вязкоупругие свойства аморфных полимеров проявляется в двух направлениях. Во-первых, химические поперечные связи предотвращают необратимое течение макромолекул при низких частотах (или, как ниже будет показано, при высоких температурах) и благодаря этому обусловливают возникновение плато высокоэластичности на частотной зависимости модуля или податливости. Физические связи, возникающие вследствие переплетений макромолекул, ограничивают течение из-за образования временно существующих сеток. При больших длительностях воздействия такие физические переплетения обычно являются лабильными, что приводит к возможности необратимого течения. Кроме того, значение модуля упругости в области плато прямо связано с числом эффективных поперечных связей в единице объема это следует из молекулярной теории высокоэластичности (см. раздел 4.1.2). [c.127]

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ В ОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ МЕТОДОМ КОЛЕБЛЮЩЕЙСЯ ПЛАСТИНКИ [c.203]

Линии задержки, представляющие собой алюминиевые пластинки, можно использовать с керамическими резонаторами, возбуждающими колебания с частотой либо 2, либо 5 МГц. Эти устройства удобны тем, что они могут работать также и при частотах, отличных от резонансной. Поэтому на установках для измерений вязкоупругих свойств можно выполнять измерения в области частот от несколько меньших 1 МГц до превышающих 7 МГц. Линии задержки с керамическими резонаторами трудно использовать на высших гармониках, однако недавно предложены аналогичные устройства, в которых применены кварцевые резонаторы, с помощью которых проводят измерения на нечетных высших гармониках [13]. [c.212]

Важно отметить, что при изменении частоты изменяется не только длина вектора у, но и отношение длин векторов Оц и а также величина угла б. Поэтому полными характеристиками вязкоупругих свойств среды, определяемыми при гармонических колебаниях, являются частотные зависимости компонент комплексного модуля упругости или частотная зависимость угла б. [c.77]

Некоторые ограничения метода суперпозиции. Как следует из изложенного, для полимерных систем с одинаковым по форме релаксационным спектром могут быть построены обобщенные характеристики их вязкоупругих свойств, которые получаются, если нормировать вязкоупругие функции и их аргументы по независимым параметрам — температуре, концентрации, молекулярной массе. Приведенная частота оэ, в общем случае должна выражаться следующим образом [c.268]

Из рис. 3.27 видно, что, когда частота со достигает значений порядка 0о , влияние молекулярной массы на вязкоупругие свойства полимера полностью исчезает. Это связано с тем, что в области частот >00 вязкоупругие свойства полимерной цепи определяются движениями только в пределах динамического сегмента. [c.292]

Из модели Покровского вытекает ряд следствий, важных для понимания общих закономерностей проявления вязкоупругих свойств концентрированных растворов и блочных полимеров. Так, теория предсказывает, что при достижении некоторого значения молекулярной массы на зависимости G (са) появляется плато, а на зависимости G" (со) — максимум, соответствующий переходу из текучего в высокоэластическое состояние, и минимум в области плато. С увеличением молекулярной массы переход в высокоэластическое состояние смещается в сторону меньших частот. Протяженность плато высокоэластичности пропорциональна числу сегментов в степени 2,4. Переход от высокоэластического состояния к стеклообразному не зависит от молекулярной массы полимера. Соотношение между Gp и максимальным значением бмакс приведено ниже [c.295]

Изменения вязкоупругих свойств материала, вызванные вибрационным воздействием на полимерную систему, затрагивают довольно широкую область времен релаксации, так что но кинетике тиксотропного изменения значений динамических функций, отвечающих различным частотам, можно косвенно судить о структурных процессах при отдыхе материала. Восстановление измененного деформированием (будь то течение или вибрации с большими амплитудами) релаксационного спектра полимерных систем составляет основу часто наблюдаемых для них тиксотропных явлений. [c.322]

Хорошо известно резкое влияние молекулярного веса на вязкость расплавов полимеров. Однако влияние молекулярного веса на вязкоупругие свойства расплавов до настоящего времени не исследовано, если не считать предыдущей публикации авторов, посвященной полистиролу [9]. Как видно из данных табл. 1 и 2, исследованные образцы ПММА и ПВА сильно различались по молекулярным весам, поэтому оказалось возможным сопоставить влияния молекулярного веса на вязкоупругие свойства расплавов ПММА и ПВА в достаточно широком диапазоне изменения молекулярных весов и частот. [c.295]

Таким образом, экспериментальные результаты, полученные при изучении вязкоупругих свойств ПММА и ПВА, подтверждают предположение авторов о том, что снижение динамической вязкости с повышением частоты или эффективной вязкости с увеличением скорости сдвига связано скорее с изменением характера молекулярного движения, чем с уменьшением числа зацеплений в системе или деструкцией макромолекул, подвергаемых сдвиговым деформациям. Конечно, при низких ча- [c.306]

П. т.-в. с. применим в тех случаях, когда возможно построение обобщенной зависимости для экспериментальных кривых вязкоупругих функций, полученных в нек-ром интервале частот при различных темп-рах значения aj постоянны для всех вязкоупругих свойств данной системы экспериментально определенная зависимость ат Т) имеет монотонный характер. П. т.-в. с. и ур-ние ВЛФ неприменимы к экспериментальным данным, полученным при очень высоких частотах (малых временах) в этих условиях поведение системы не м. б. объяснено в рамках молекулярной теории гибких цепей, поскольку конформационные перегруппировки не реализуются в пределах времени нагружения, а локальные движения не характеризуются коэффициентом to- [c.284]

Для учета вязкоупругих свойств пластмасс, проявляющихся в изменении жесткости при изменении частоты деформирования, предлагается ввести в формулу (VI 1.3) коэффициент Кх, учитывающий скорость деформирования, используя подход, изложенный в работе [84]. Рассматривая зуб как консольную балку, нагруженную подвижной силой, имеем расчетную зависимость, связывающую напряжение с вязкоупругими характеристиками материала и частотой вращения, а именно [c.219]

Важная информация об упругих и вязкоупругих свойствах полимера может быть получена при изучении реакции полимера на циклическое воздействие напряжений с малой амплитудой. Часть поглощаемой образцом энергии молекулы запасают, часть же рассеивают в виде тепла [274 609, 629, с. 243—253 673, гл. 7 775 989], причем соотношение рассеиваемой и запасаемой энергии зависит от температуры и частоты. В экспериментах по динамической механической спектроскопии образец подвергается циклическому нагружению, при этом можно определить два фундаментальных параметра — модуль упругости Е и модуль потерь Е", являющиеся мерой запасаемой и рассеиваемой энергии соответственно. [c.37]

Уравнение Вильямса — Ландела — Ферри (ВЛФ), по-видимому, является наиболее эффективным математическим выражением, позволяющим сопоставлять вязкоупругие свойства аморфных полимеров. Более того, аналогичные выражения часто приемлемы для оценки свойств частично кристаллических и наполненных полимеров. Это уравнение выведено в предположении о необходимости свободного объема, достаточного для проявления подвижности сегментов цепи оно связывает такие свойства, как вязкость и модуль упругости, со временем (или частотой) и температурой [322]. [c.40]

Для сшитых полимеров 11, очевидно, бесконечно велико, но если вязкоупругие свойства могут быть представлены конечной механической моделью, то 1] должно стремиться к конечному предельному значению при низких частотах наиример, если на фиг. 2 один из элементов имеет бесконечную вязкость, то конечной вязкости при установившемся течении нет, но низкочастотное предельное значение 11 конечно и равно сумме всех других вязкостей. Насколько известно автору, это положение никогда не наблюдалось экспериментально для сшитых полимеров. [c.51]

Реометрический механический спектрометр типа RMS-605 фирмы Реометрик (США) используется для оценки и контроля вязкоупругих свойств резиновых смесей и их изменений в процессе вулканизации. Образец испытуемого материала помещается между двумя параллельными полуформами (верхней и нижней) с эксцентрично расположенными дисками (оси дисков смещены на некоторое расстояние), которые вращаются в одном направлении с одинаковой скоростью. При этом образец испытывает синусоидальное колебание измеряя силы, действующие вдоль трех основных осей, можно рассчитать действительную и мнимую компоненты модуля упругости при сдвиге и определить эффекты нормального напряжения. Измерения на приборе могут проводиться в широком диапазоне амплитуд деформации, частот и температур на образцах малых размеров. Оператору требуется несколько минут для загрузки образца и задания условий испытаний, далее процесс полностью автоматизирован. [c.499]

Согласно этому принципу, использованному Виллиамсом, Лаиделом и др., данные механических испытаний, полученные при различных температурах, могут быть совмещены простым параллельным перемещением вдоль оси логарифма времени или частоты деформации. Таким образом можно определить коэффициент ат, который равен единице при Тменьше единицы при более высоких и больше единицы—при температурах ниже выбранной. Применение метода Виллнамса, Ландела и Ферри (метод ВЛФ) к различным вязкоупругим свойствам полимеров подробно рассматривается в книге Ферри . [c.84]

Возможность суперпозиций частота (температура) — концентрация наполнителя является следствием экспоненциальной зависимости вязкоупругих свойств композиции от концентрации наполнителя. Физический смысл рассмотренных фактов сводится к тому, что вследствие значительно более высокого модуля минерального наполнителя последний практически не деформируется и это изменяет условия деформации полимерной матрицы. В наполненных образцах амплитуда деформации существенно увеличивается с ростом содержания наполнителя при постоянной общей деформации образца, что также может быть причиной Bospa raiiHH напряжений и модуля [269]. Другой существенной причиной роста модуля является, как отмечалось выше, переход части полимера в состояние поверхностного слоя с измененными механическими характеристиками и уменьшенной молекулярной подвижностью. Существование такого жесткого, или недеформированного, слоя фактически эквивалентно повышению кажущегося размера частиц или объемной концентрации наполнителя. [c.147]

Анализ формул (7.46) и (7.47) показывает, что единичная модель Л1аксвелла не может быть использована для описания динамических вязкоупругих свойств полимеров. Действительно, из (7.46) видно, что в случае предельно ннзких частот (при мт— -0) G —>-.0. Таким образом, в этой модели динамический модуль упругости не имеет отличного от нуля конечного значения при (И— -О, что противоречит экспериментальным данным и указывает на некорректность использования этой модели для описания динамических вязкоупругих свойств лолпмеров. Кроме того, для этой модели ig8 = G"IG = = 1/(шт) это означает, что tgo не имеет максимума, что такл(е плохо согласуется с экспериментальными данными. [c.244]

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]

Параметры, характеризующие динахМические вязкоупругие свойства полимеров, в основном определяются двумя факторами химическим строением и особенностями надмолекулярной организации. Существует четкая корреляция между химическим строением, структурой, молекулярной подвижностью полимеров и такими параметрами, 1как акорость звука, коэффициент поглощения, компоненты комплексных модулей упругости. Значения и характер изменения с частотой (или температурой) динамических -модулей упругости и скорости звука определяются как энергией связи атомов, составляющих основную цепь полимера, так и энергией взаимодействия элементов соседних полимерных цепей, т. е. энергией межмолекулярного взаимодействия. [c.257]

Отмеченные ограничения вызывают особое сожаление потому, что для многих растворов полимеров характерно наличие релаксационных процессов именно в той области частот, где указанный метод не применим. Кроме того, сильное поглош,ение в высокочастотной области при сдвиговых колебаниях обусловливает важность измерения вязкоупругих характеристик материала при высоких частотах применительно к исследованию тонких пленок и покрытий. Важно также иметь метод, позволяющий исследовать вязкоупругие свойства низковязких образцов. Это позволило бы исследовать вклад потерь, обусловленных деформацией растворителя, в измеряемые свойства раствора и тем самым провести исследование вязкоупругих свойств системы в тех случаях, когда изменение свойств начинается от состояния низковязкой жидкости, например при получении пленок из растворов испарением растворителя, при полимеризации и т. п. [c.204]

При экспериментальном исследовании вязкоупругих свойств растворов жестких макромолекул было обнаружено, что даже в том случае, когда макромолекула в выбранном растворителе сохраняет строго спиральную конформацию (например, полй- -бензил-1/-глю-тамат в л -метоксифеноле), поведение такого раствора удовлетворительно описывается моделью жестких палочек только в области относительно невысоких частот . При повышении частоты наблюдаются усиливающиеся отклонения от предсказаний теории КА, и частотные зависимости компонент динамического модуля приближаются к теоретическим предсказаниям, полученным для модели статистического клубка. При повышении содержания жестких макромолекул в растворе усиливается их межмолекулярное взаимодействие, что способствует отклонению конформаций цепей от строго спиральных, и вследствие этого усиливаются отклонения свойств растворов от предсказаний теории КА. При исследовании растворов тех же самых полимеров, но в растворителях, в которых они принимают форму статистического клубка, или если переход из спиральной конформации в клубкообразную совершается по каким-либо иным причинам, такие системы обнаруживают закономерности проявлений вязкоупругих свойств, предсказываемые теориями статистических клубков. [c.256]

Динамическими называют условия, при которых внешнее воздействие на пленку изменяется по величине и знаку (циклические напряжения). В таких условиях материал находится в неравновесном, нерелаксированном состоянии, и это можно использовать для определения вязкоупругих свойств. Вязкие или зависящие от времени свойства не фазированы с напряжением, тогда как упругие или мгновенные свойства находятся в фазе с напряжением. Находящееся в фазе свойство называется динамическим модулем, поскольку в этом случае упругая энергия сохраняется и может высвободиться после снятия напряжения. Свойство, находящееся не в фазе, называется модулем потерь, поскольку энергия в процессе вязкого течения переходит в тепло. Такие свойства обычно измеряются в зависимости от температуры и/или частоты. Температуру и частоту можно объединить в едином температурно-временном преобразовании, тогда свойства могут быть измерены в пределах реального времени [23]. На рис. 1.14 показаны кривые анализа механических свойств для ПП. [c.38]

И связь между поведением полимеров в различных временных и частотных интервалах и их молекулярным строением. Приведенные здесь графики представляют экспериментальные данные, заимствованные из литературных источников и объединенные методом приведенных переменных (упомянутым в предыдущей главе и детально разобранным в гл, II). чтобы перекрыть возможно более щирокий интервал шкалы эффективного времени или частоты. Все измерения проведены на изотропных материалах при достаточно низких значениях напряжения, обеспечивавших линейность вязкоупругих свойств. Обычно измерения проводились при простом сдвиге, хотя в двух случаях было применено простое растяжение (при котором преобладают эффекты сдвига). Во всех случаях необходимо было вычислять ряд вязкоупругих функций по другим, пспосредствспио измеренным функциям, нсполь зуя методы пересчета, упомянутые в предыдущей главе и подробно изложенные в гл. 3 и 4. Вычисления детально описаны в другой работе [1]. [c.36]

Все особенности вязкоупругих свойств, иллюстрируемые графиками, приведенными в данной главе, определяются эффектами, имеющими место при сдвиге. Объемные эффекты имеют значение только для данных, относящихся к деформации растяжения (полимеры V и У//) и полученных при малых значениях времени (или при высоких частотах), когда /(/) не превосходит значительно B(t) [см. уравнение (1.1)]. Характерные черты переходной п конечной зон и явления, связанные с образованием зацеп.тенпй, обусловлены молекулярными процессами, связанными с изменением формы при сдвиге. [c.55]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология