ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Быстрая высокоэластическая деформация и а-процесс релаксации из "Структура и релаксационные свойства эластомеров" В высокоэластическом состоянии для сшитых эластомеров наблюдается сначала быстрая высокоэластическая деформация (доли секунды), а затем медленная (ползучесть). Первая объясняется подвижностью свободных сегментов, вторая — постепенным распадом и перестройкой микроблоков надмолекулярной структуры эластомера, играющих роль физических узлов. [c.119] Сёр [39] при исследовании ползучести эластомеров установил, что кинетика развития высокоэластической деформации хорошо описывается, если предположить существование двух участков спектра времен запаздывания (ползучести), что соответствует двум механизмам релаксации. Соответственно температурная зависимость деформации может быть охарактеризована двумя энергиями активации одна соответствует температурной зависимости вязкости жидкостей, другая — температурной зависимости вязкости полимера. Согласно этому вводятся два времени релаксации Тд = ( о/Еа и = Цх/Е . Для эластомеров Hi По и Ti То, — модуль упругости, определяемый интегральным изменением соседних расстояний между атомами и цепями за счет растяжения межатомных связей, деформации валентных углов и изменения межмолекуляр-ных расстояний, Ei — высокоэластический модуль, характеризующий упругость сетки, образованной физическими узлами, foo— так называемый равновесный модуль, характеризующий упругость сетки, образованной химическими узлами. [c.120] Эластомеры в стеклообразном состоянии характеризуются скоростью звука примерно равной 1500 м/с и плотностью р 1000 кг/м . Отсюда, применяя формулу (4.14), получим о = = 2,25-10 МПа. Этот результат блй-зок к экспериментальным данным, полученным при непосредственном измерении Е,,. В высокоэластическом состоянии эластомеры характеризуются скоростью звука около 50 м/с. Отсюда получим Е = 2,5 МПа, что согласуется с другими данными по измерениям дюдулей полимеров. [c.122] Модуль упругости Ео, который очень слабо зазисит от частоты, можно определить и при комнатной температуре, если изучать распространение ультразвука с частотой 10 —10 Гц (гиперзвук) (рис. 4.13). Сведения о применении методов физической акустики к исследованию полимеров имеются в ряде монографий [40—42]. [c.122] Другим методом определения Е служит так называемый метод свободного сокращения растянутой полоски эластомера [45—47]. [c.123] После освобождения растянутого образца волна разгрузки, распространяющаяся в направлении от освобожденного конца к закрепленному, пробегает разделяющее их расстояние с некоторой скоростью, которая может быть определена. В момент, когда волна разгрузки дойдет до точки закрепления, длина сократившегося образца больше первоначальной. Появившаяся квазиостаточная деформация с течением времени медленно убывает до нуля со скоростью, на несколько порядков меньшей скорости начального быстрого этапа свободного сокращения. [c.123] Таким образом, процесс свободного сокращения состоит из двух стадий быстрой, имеющей волновой характер, и медленной, когда скорость все время убывает, стремясь к нулю. Соответственно всю деформацию растяжения г приближенно можно разделить на две части е = е — е — деформацию, исчезающую за время прохождения волны разгрузки (10 с), и е/—деформацию, убывающую медленно. [c.123] Равновесный высокоэластический модуль Еоо определяют, изучая длительную релаксацию растянутого образца (е = onst) известными методами (см. гл. 6). [c.124] Кроме того, можно ввести модуль внутреннего трения К = с р, который учитывает механические потери только на стадии быстрой высокоэластической деформации. Модуль внутреннего трения К и модуль Е не зависят от времени выдержки образца в деформированном состоянии (е = onst). Для различных эластомеров К при данной температуре тем больше, чем выше температура структурного стеклования эластомера. Ниже температуры стеклования скорость сокращения полоски практически равна нулю. [c.124] В табл. 4.1 приведены данные, полученные методом свободного сокращения для вулканизатов на основе различных каучуков при 20 °С. Если подставить найденные значения Eg в формулу (4.14), то получим скорости звука несколько меньшие, чем приведенные в таблице значения скорости упругой волны, что, вероятно, связано с влиянием больших растяжений (в опытах 100% растяжение). Интересно отметить, что энергия активации температурной зависимости модуля внутреннего трения при указанных в последнем столбце температурах примерно одинакова для всех эластомеров и равна 29—33 Дж/моль. [c.124] Быстрая (при 1 с) и медленная (при 1 с) высокоэластическая деформация описывается одним и тем же уравнением (4.19) отличие заключается в значениях констант С и г . Последняя на 8—10 порядков меньше для быстрой деформации, чем для последующей медленной. Очевидно можно быструю деформацию отнести к -процессу, а медленную к А,-процессам релаксации, так как различие времен релаксации этих процессов для эластомеров также составляет 8—10 порядков (см. гл. 3). [c.126] по данным динамических измерений Страттона и Ферри [51] для НК — 10 с при 25 °С, тогда как времена релаксации для -процессов находятся в интервале 10 —10 с. [c.126] Константа С для быстрой и медленной деформации различается несущественно для быстрой она имеет смысл начального высокоэластического модуля, зависящего одновременно от числа физических и химических узлов, а для медленной — равновесного модуля. Они различаются так же, как и в опытах по свободному сокращению полоски резины. [c.126] что ползучесть и релаксация эластомеров могут быть описаны дробными степенными функциями. [c.127] Из экспериментальных данных этого раздела, а также гл. 3 следует, что у эластомеров четко различают два механизма высокоэластической деформации, которым соответствуют два типа релаксационных процессов с разными скоростями быстрые (а-релаксация) и медленные (Х,-ре-лаксация). [c.127] В заключение отметим, что при рассмотрении природы механических релаксационных процессов возникает вопрос о взаимосвязи между временами жизни структурных элементов и временами релаксации. Эта проблема находится в настоящее время в стадии постановки, а не решения. Для полимеров, по различным оценкам, максвелловское время релаксации, характеризующее тот или иной процесс механической релаксации полимеров, на один-два порядка больше соответствующего времени структурной релаксации [4, с. 33 53—551. [c.127] Вернуться к основной статье