ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Твердое (стеклообразное) состояние полимеров из "Практическое руководство по физикохимии волокнообразующих полимеров" Деформационная способность полимерных материалов, обусловленная полностью обратимым изменением валентных углов и межатомных расстояний в полимерном субстрате под действием внешних сил, характерна для проявления упругих свойств. Температура, ниже которой полимерное тело может деформироваться под действием внешних сил как упругое, называется температурой хрупкости Гхр. Действие внешних силовых полей может быть представлено (рис. 3.3, а) как всестороннее сжатие, сдвиг и растяжение. Вместе с тем всякая конечная деформация полимерного материала проявляется, с одной стороны, как деформация объемного сжатия (или расширения), характеризующая изменение объема тела при сохранении его формы (дилатансия), а с другой, - как деформация сдвига, характеризующая изменение формы тела при изменении его объема (см. рис. 3.3, 5). В связи с этим реологическое уравнение состояния должно описывать как эффекты, связанные с изменением объема деформируемого тела, так и влияние напряжений на изменение его формы. В общем случае деформация проявляется в двух видах как обратимая и как необратимая. Энергия, затрачиваемая на необратимую деформацию, не регенерируется. [c.127] Для полимерных тел выше Тс значения ц 0,5. [c.127] В процессе растяжения осуществляется также сдвиговая деформация (см. рис. 3.3, 6-2,2 ), так как при этом реализуется плосконапряженное состояние. Напряжение сдвига т при обратимой деформации определяется как отнощение силы к площади поверхности, к которой она приложена. [c.128] Ес = Ах/Ау и г = Сес, где С - модуль упругости при сдвиге (модуль сдвига). [c.128] При простом сдвиге (см. рис. 3.3, 6-2) деформация Ах приводит к смещению точки А в положение А , причем угол а мал. Это обусловливает одновременный поворот диагонали ОВ в положение ОВ, причем ф = а/2. Аналогично будет происходить сдвиговая деформация по оси у. Наложение сдвиговых деформаций по осям X а у приводит к вращению деформируемого объема. [c.129] При чистом сдвиге деформируемый объем как бы растягивается, а диагональ АС (см. рис. 3.3, 6-2 ) перемещается параллельно самой себе, занимая положение ОБ. Это перемещение сопровождается удлинением диагонали ОВ на величину ВК. Поэтому вращения элементов среды при чистом сдвиге не происходит. Вместе с тем анализ трехмерной картины напряженного состояния полимерного тела при одномерном сдвиге приводит к необходимости учета возникновения нормальных напряжений aJ . [c.129] Типичная диаграмма нагрузка - удлинение (а-е) полимерных материалов в твердом состоянии иллюстрируется рис. 3.4. Участок ОА характерен для идеально упругих тел. На участке ВС реализуется площадка пластичности , после чего вновь на участке СВ значения е, растут с увеличением о, вплоть до разрыва образца (ор). При повышении температуры модуль упругости уменьшается, а участок ВС удлиняется. Величина ар также снижается. Рост скорости деформации приводит к повышению Ор, но снижению Вр. [c.129] Задача. Сопоставьте работоспособность Ац вискозной текстильной нити, характеризующейся СТп = 15,2 МПа и бр = 22%, и вискозной технической нити, имеющей Стр = 32,1 МПа и ер = 14%. [c.130] Решение. Для вискозной текстильной нити А[ = 117,2, а для вискозной технической нити Ап = 224,6. Очевидно, что работоспособность вискозной технической нити существенно выше, нежели текстильной нити. [c.130] Значение Ое определяет изменение физических свойств полимерных систем. Большие значения Ое характерны для твердых тел, а малые - для жидкостей. [c.131] Повышение температуры, приводя к интенсификации сегментального движения макромолекул, обусловливает снижение Ор. К такому же эффекту Приводит увеличение напряженности силового поля, приложенного к полимерному телу. [c.131] Ответ Полимерный субстрат хлопчатобумажной ткани - целлюлоза - относится к полужесткоцепнь[м полимерам Подвижность макромолекул этого полимера ограничена также интенсивными межмолекулярными водородными связями. Поэтому разгладить смятую хлопчатобумажную ткань можно двумя способами или поместив ее между двумя плоскими плитами и приложив к ним сжимающее усилие, или после увлажнения разгладить ткань горячим утюгом, т е. приложив небольшое усилие, но при повышенной температуре. Пары воды пластифицируют полимер, ослабляя межмолекулярные контакты, способствуя тем самым увеличению подвижности макромолекул это приводит к снижению времени релаксации. Глажение сухой хлопчатобумажной ткани на холоду требует очень длительного времени, так как Тр при этом велико. Для сокращения времени глажения ткань увлажняют и нагревают, что обусловливает снижение ip. [c.131] За изменением свойств полимерного материала при нагревании или охлаждении можно наблюдать по изменению как а так и е,. Зависимость е = / (7) при ст = onst получила название термомеханической кривой, а ст =/(7) при е = onst - кривой изометрического нагрева. [c.131] НОЙ области Ti- При этом изменяется вязкость парафина от 10 -1013 до 1,0-10 Па с, но никаких изменений во взаимной упорядоченности частиц, т.е. никаких фазовых превращений, не происходит. Температура перехода в твердое агрегатное состояние (температура стеклования Т ) и температура перехода в вязкотекучее состояние Tj практически совпадают, т.е. для низкомолекулярных веществ Т = Т = Т . [c.132] Уже для парафина С40-С50 значение Tj = Tj несколько больше, чем Т . При дальнейшем увеличении молекулярной массы величина 7, = возрастает, а Т . практически не изменяется. [c.132] Горизонтальная площадка на термомеханической кривой обусловлена способностью полимерных цепей к конформационным переходам и появляется лишь тогда, когда молекула приобретает гибкость. В промежутке между Тс и полимерный материал способен к высокоэластическим деформациям подобно каучуку. Это - температурная область высокоэластичности. [c.132] Полимеры, способные преимущественно к высокоэластической деформации при комнатной температуре (различные карбоцепные каучуки, полиуретаны, полисилоксаны и пр.), называются эластомерами. [c.132] Отличительным свойством эластомеров является высокая гибкость макромолекул. Гибкость полиамидной цепи может быть повышена увеличением числа атомов С между амидными группами и нечетным числом атомов С в алифатическом радикале элементарного звена. Поэтому таким полимером может быть, например, полипентаметиленсебацинамид (найлон-5,-10). Действительно, температура стеклования этого полиамида около 250 К, а нити из него способны к высоким (свыше 300%) обратимым деформациям при комнатной температуре. [c.133] При нагревании до полимер переходит в вязкотекучее состояние. [c.133] Вернуться к основной статье