ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Твердые полимеры из "Реология полимеров" Контуры древних стен в Мексике точно повторяют волнистые очертания местности. Однако несколько веков тому назад эта местность была равниной и древние строители-ацтеки построили гладкие стены. Со временем очертания местности изменялись. Это происходило настолько медленно, что стены оседали, не разрушаясь. Этот пример свидетельствует о возможности течения твердых тел. Течение ледников, деформация железобетонных балок, ползучесть сталей—все это примеры течения твердых тел. Твердые пластмассы также могут течь. [c.51] На текучесть твердых тел оказывают влияние три основных фактора сила, температура и время. Наличие силы необходимо для возникновения течения независимо от того, прикладывается ли она извне или возникает в самом материале. Влияние температуры на движение молекул рассматривалось в предыдущих главах. Время является весьма существенным фактором, поскольку процесс течения происходит во времени. Более того, при решении вопроса о том, находится ли полимер в твердом состоянии или в жидком, основную роль играет масштаб времени. Например, кусок поливинилацетата, если взять его в руку, покажется твердым, но если положить этот кусок на полку и в течение нескольких дней выдержать при комнатной температуре, то он сползет с полки, подобно тому, как стекает ледник с горы, т. е. во многих случаях отсутствуют четко выраженные различия между твердыми и жидкими состояниями полимеров. В настоящей главе к твердым мы будем относить полимеры при температуре ниже их температуры размягчения, т. е. твердым полимер можно назвать тогда, когда в течение выбранного масштаба времени он сохраняет еще свою форму. [c.51] Методы измерения определенных физических характеристик полимеров состоят в том, что выделяется и изолированно изучается влияние одного из параметров, определяющих условия работы полимера. [c.52] Область применения материалов зависит от того, какими свойствами они обладают. Например, пластмассовый мундштук курительной трубки должен сохранять постоянство размеров, хорошо противостоять абразивному износу, обладать химической стойкостью, усталостным сопротивлением, прочностью при сжатии. Известно не так уж много полимеров, которые обладают свойствами, удовлетворяющими столь жестким требованиям курильщиков. [c.52] Одним из наиболее серьезных недостатков лабораторных испытаний является ограниченность выбора масштаба времени. Обычно для определенного вида испытаний принимают стандартный масштаб времени, который может совпадать или отличаться от промежутка времени, в течение которого работает изделие. Этот промежуток может быть очень коротким, например всего IX 10 сек при детонации азида свинца , и очень длительным (трубы, находящиеся под действием гидростатического давления, должны исправно служить десятки лет). [c.52] Описанная картина разрыва полимерного образца является идеальной. На практике зависимость напряжение—деформация редко содержит прямолинейный участок. Следовательно, модуль упругости измеряется обычно при некотором условном значении напряжения. Хрупкие материалы, вообще, не обладают пределом текучести разрыв таких материалов наступает раньше, чем может проявиться их текучесть. У некоторых же материалов предельные удлинения столь велики, что при растяжении образцы становятся длиннее, чем максимально возможное расстояние между зажимами испытательной машины, поэтому разрушения таких образцов зарегистрировать не удается. [c.53] Для метода испытания на растяжение очень важен выбор скорости приложения нагрузки. Некоторые материалы при медленном нагружении оказываются мягкими и эластичными, а в случае приложения быстрых или ударных нагрузок становятся хрупкими. Такое поведение материалов зависит от их времени релаксации. [c.53] НИИ на изгиб независимо от выбранного метода одновременно оценивают сопротивляемость материала сжатию и растяжению. При изгибе балка сжимается с вогнутой стороны и растягивается с выпуклой. [c.54] При небольших деформациях идеально упругого материала модуль сжатия прямо пропорционален модулю растяжения. Поэтому жесткость на изгиб можно оценивать по модулю упругости, измеренному в условиях испытаний на растяжение. Однако при больших деформациях, а также для немонолитных материалов такая закономерность наблюдается далеко не всегда. [c.54] При испытании на кручение измеряют сопротивляемость скручиванию пластмассовой полосы или прутка. Испытание на кручение чаще всего проводят с целью оценки гибкости материала при пониженных температурах поскольку соответствующие приборы занимают мало места, их можно легко установить в холодильнике или термошкафе. [c.54] Жесткость, или ударную прочность, оценивают как работу, затрачиваемую на разрушение образца при ударе по нему падающим маятником—копром. Эти испытания проводят на цельных или предварительно надрезанных образцах. [c.54] Некоторые материалы весьма чувствительны к надрезу, поэтому ударная прочность ненадрезанных образцов оказывается во много раз выше прочности образцов с надрезом. Ударная прочность особенно чувствительна к скорости приложения нагрузки. [c.54] Большинство других методов ударных испытаний осуществляются также с помощью различных падающих грузов. [c.54] Максвелл рекомендует проводить определение твердости при таких временных и температурных режимах, которые соответствуют условиям эксплуатации изделий. [c.55] Этот вид испытания часто путают с испытанием на твердость. При вдавливании индентора в пластмассовую деталь твердость характеризуется величиной прилагаемой нагрузки. Однако индентор можно перемещать вдоль поверхности, царапая ее. Сила, необходимая для перемещения индентора, характеризует сопротивление процарапыванию. Известны два метода испытания материала на процарапывание 1) метод пластической деформации с образованием пазов на поверхности образца 2) метод хрупкой деформации, при котором от поверхности образца откалываются кусочки материала. Бернхардт нашел , что сопротивление процарапыванию изменяется с изменением скорости движения индентора он наблюдал также так называемый поверхностный эффект, когда сопротивление процарапыванию изменялось с глубиной проникновения индентора . [c.55] Приходилось ли вам когда-либо при езде по скользкой дороге резко останавливать машину Умелый водитель сможет затормозить на сравнительно коротком отрезке пути, избегая динамического трения, которое значительно ниже статического. Новичку же удается остановить машину лишь на значительно большем отрезке пути, так как он тормозит, используя относительно низкую силу динамического трения. [c.56] Усталость обычно выражается количеством циклов деформации, которые образец выдерживает до разрушения. Усталостное разрушение большинства полимеров наступает при напряжениях, значительно меньших предела текучести материала. Это напряжение обычно довольно мало, и образец под действием равного статического напряжения может изгибаться без разрушения неограниченно долго. В этом виде испытаний, так же как и в других случаях, скорость приложения нагрузки играет важную роль, так как влияет на интенсивность рассеивания в теле тепловой энергии. [c.56] Плотность аморфных полимеров практически не зависит от различий в условиях их переработки, хотя поглощаемый воздух или остатки низкомолекулярных продуктов, содержащихся в полимере, могут несколько влиять на их плотность. Но в кристаллизующихся полимерах плотность непосредственно связана с характером упаковки молекул, т. е. с кристалличностью полимера. [c.57] В предыдущих главах мы в основном рассматривали макро-. скопические физические свойства материала. Эти свойства можно увидеть, почувствовать или измерить с помощью различных приборов. Другой подход к изучению свойств полимеров состоит в определении молекулярного строения и конформаций макромолекул. [c.57] Строение полимера определяет его свойства. Скелет (основная цепь) большинства полимерных молекул представляет собой цепочку, состоящую из углеродных атомов, но в отдельных случаях может состоять из других элементов, например, из кремния. В полиолефинах атомы в основной цепи связаны углеродными связями, в других полимерах можно найти амидные, эфирные и другие связи. Некоторые из этих связей, такие, как эфирные или амидные, способны сильно взаимодействовать с соседними молекулами, влияя тем самым на свойства полимеров. В некоторых полимерах, например в поливинилхлориде, основная цепь образована углеродными атомами, но вдоль цепи располагаются полярные атомы хлора, что, в частности, позволяет прочно удерживать молекулы пластификатора. Другие полимерные цепи несут громоздкие боковые группы, например в молекулу полистирола входят крупные бензольные ядра. Они препятствуют плотной упаковке и сильно влияют тем самым на физические свойства полимера. [c.57] Вернуться к основной статье