ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности теплового движения в полимерах из "Трение и износ полимеров" Для процессов трения полимеров существенное значение имеет тепловое движение макромолекул или их частей. Рассмотрим особенности теплового движения в полимерах, которые имеют сходство с тепловым движением в жидкостях. Ранее, под влиянием идей Ван-дер-Ваальса, жидкости рассматривались как весьма плотные газы. Тепловое движение в жидкости сводилось к поступательным движениям частиц. В 1956 г. Френкель [18, 19] предложил принципиально новый взгляд на тепловое движение. Жидкости, по Френкелю, особенно вблизи температуры кристаллизации, ближе по структуре в ближнем порядке и по характеру теплового движения к твердым телам, чем к плотному газу. В твердых телах и жидкостях в результате теплового движения частиц происходит постоянное перераспределение их кинетических энергий. Каждая частица (атом или молекула) имеет возможность время от времени приобрести достаточно большую кинетическую энергию и преодолеть потенциальный барьер, разделяющий два соседних положения. Частица обычно находится в местах, соответствующих минимуму потенциальной энергии, и совершает колебания около положения равновесия. В результате таких перемещений в кристаллических телах образуются так называемые вакансии или дырки (свободные узлы кристаллической решетки) и дислоцированные атомы, расположенные в междоузлиях. В жидкостях такие дырки представляют собой неопределенного размера и формы микропустоты между молекулами. Время жизни дырок невелико, а число их значительно больше, чем в кристаллах. Свободный объем в жидкостях главным образом состоит из суммы объемов дырок , которые постоянно исчезают в одних местах и возникают в других. Существование свободного объема в жидкостях обеспечивает большую подвижность частиц. [c.12] Представления о механизме теплового движения и вязкого течения в жидкостях получили дальнейшее развитие в теории аномально вязких систем Эйринга [20]. Современные представления об активационных механизмах вязкого течения и диффузии основываются на представлениях Френкеля и Эйринга о тепловом движении в жидкостях. Вязкое течение, по Эйрингу, происходит в результате перехода от равновероятной картины самодиффузионного перемещения кинетических единиц по всем направлениям пространства в покоящейся жидкости к несимметричному распределению вероятностей перехода частиц в вязком потоке, где перемещения частиц с наибольшей вероятностью происходят в направлении тангенциальной силы. Уточнение в расчет вязкости Эйринга внесено одним из авторов [21 ]. Было учтено, что перескоки частиц происходят по всем направлениям пространства, а не только в направлении действия тангенциальной силы. При малых напряжениях сдвига распределение вероятностей является линейной функцией напряжения сдвига, вследствие чего скорость деформации сдвига пропорциональна напряжению сдвига, т. е. наблюдается ньютоновское течение с постоянной вязкостью. При больших напряжениях, реализуемых в высоковязких жидкостях со сложным строением (полимеры, дисперсные системы и др. [22—26]), линейное приближение нарушается и вязкость уменьшается с увеличением напряжения или скорости деформации сдвига. [c.13] В результате внутримолекулярных взаимодействий полимерной цепи, заключающихся во взаимодействии отдельных сегментов цепи или боковых ее групп, между ними возникают силы отталкивания, приводящие к ограничению подвижности при существовании постоянных валентных углов. Несвободное тепловое движение в полимерных цепях количественно характеризуют потенциальными барьерами. Кинетической единицей, характеризующей подвижность полимерной цепи, является сегмент. Величина сегмента характеризует жесткость цепи полимера. Чем ближе по величине кинетическая единица (сегмент) к химической единице (звену), тем более гибка цепь полимера. Так, например, в эластомерах (каучуках) сегмент в несколько раз больше звена. Жесткость цепи зависит также в сильной мере от структуры боковых групп и их взаимодействия между собой. Наличие в цепи полимера двойных и тройных связей приводит также к увеличению жесткости цепи. [c.14] Особенность теплового движения в кристаллических полимерах связана с тем, что они состоят из аморфных и кристаллических областей. В кристаллических полимерах по сравнению с аморфными молекулярное движение затруднено. Повышение степени кристалличности затрудняет подвижность не только кинетических единиц цепей (сегментов), но и боковых групп [27]. [c.14] Вернуться к основной статье