ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поведение стеклообразных полимеров при малых напряжениях из "Деформация полимеров" Все описанные явления, связанные с деформированием стеклообразных полимеров, характерны при действии больших напряжений. Под большими мы будем понимать напряжения, способные вызвать вынужденную эластичность в условиях опыта (определенная температура и скорость воздействия). Таким образом, это напряжения порядка предела вынужденной эластичности. [c.158] Вся совокупность явлений вынужденной эластичности, в общем, хорошо описывается одним средним временем релаксации, зависящим от температуры и напряжения. В области больших напряжений существенно снижается начальный активационный барьер релаксационного процесса и, как видно из уравнения (1.43), время релаксации снижается настолько, что становится возможной быстрая перестройка структуры . [c.158] Протекание быстрых релаксационных процессов еще нагляднее проявляется в опытах по релаксации напряжения. Если быстро продеформировать образец, а затем зафиксировать небольшую деформацию, напряжение, необходимое для ее поддержания, в первый момент очень быстро падает. [c.159] Деформации, при которых наблюдаются подобные явления, отличаются от вынужденно-эластических. Разумеется, речь идет и не об упругих деформациях, восстанавливающихся почти мгновенно после разгрузки. Имеются в виду деформации, как бы промежуточные по скорости восстановления, лежащие по этому признаку между упругими и вынужденно-эластическими. Они получили название деформаций упругого последействия. [c.159] Вскоре после открытия Вебером явления упругого последействия этим термином определяли только процесс постепенного восстановления формы разгруженного образца, претерпевшего кроме упругой еще и дополнительную, медленно протекающую (по сравнению с упругой) во времени деформацию. В дальнейшем под упругим последействием стали подразумевать весь комплекс релаксационных процессов, протекающих при малых напряжениях. [c.159] К явлениям упругого последействия относят 1) зависимость модуля упругости от скорости деформирования или частоты воздействия, механические потери 2) релаксацию напряжения при постоянной деформации 3) ползучесть (зависимость деформации от времени при постоянной нагрузке). Эти основные явления упругого последействия вызывают ряд следствий, например изменение со временем двойного лучепреломления при релаксации напряжения или ползучести. [c.159] Упругое последействие и связанные с ним процессы имеют огромное теоретическое значение. Эти явления, промежуточные между чистой упругостью и истинной вязкостью, сложны для исследования. Тщательное изучение упругого последействия необходимо и с практической точки зрения, поскольку полимерные материалы используются в основном при малых напряжениях, при которых упругое последействие играет доминирующую роль. [c.159] Остановимся на некоторых явлениях, связанных с протеканием релаксационных процессов. Одно из таких явлений заключается в релаксационном упрочнении, продемонстрированном Ю. С. Лазуркиным в ряде простых, но эффектных экспериментов. Если нарушить обычный ход релаксации напряжения, протекающей в условиях е onst, и растянуть в какой-то момент времени образец до возникновения в нем напряжений, равных первоначальным, последующая релаксация пройдет медленней. Повторная кривая релаксации напряжения расположится выше первой (рис. II.25). Это и есть проявление релаксационного упрочнения. [c.161] Существенно упрощая картину, можно с помощью этой модели получить ряд расчетных релаксационных кривых, качественно передающих ход релаксационного упрочнения (рис. П.28). Это означает, что э( ект упрочнения связан с прохождением некоторой доли деформации упругого последействия за время опыта. После повторного деформирования спад напряжения меньше, так как часть деформации упругого последействия уже исчерпана. [c.163] Модель, представленная на рис. П.27, б, дает возможность предсказать и другие особенности релаксационных свойств полимеров. Интересен опыт, в котором после релаксации напряжения образец быстро разгружается и закрепляется при постоянной длине. В нем возникают значительные напряжения, возрастающие во времени (рис. П.29). Это связано с тем, что за время разгрузки деформация упругого последействия проходит не полностью (пружина сокращается не до конца). После закрепления образца пружина Ез продолжает сокращаться и вызывает деформацию пружины Е . Возникают упругие напряжения. [c.163] Другой интересный опыт иллюстрирует эффект Баушингера. Если образец, в котором прошла релаксация напряжения при растяжении, затем подвергнуть сжатию, релаксационный процесс в сжатом образце идет быстрее, чем в контрольном. [c.163] Деформация упругого последействия проявляется и при ползучести. Кривой ползучести обычно называют график зависимости деформации от времени при действии постоянного напряжения (или силы, что не равнозначно). Эта кривая (рис. 11.30) отражает ряд процессов, происходящих при деформации. Первая стадия— неустановившаяся ползучесть. Скорость деформации, первоначально очень большая, резко уменьшается во времени, стремясь к некоторому постоянному значению (при данном напряжении). На второй стадии зависимость деформации от времени может быть линейной (но не всегда) в этом случае dEldt onst. Перед разрушением материала может наблюдаться заметный подъем кривой ползучести, соответствующий быстрому нарастанию скорости. [c.164] Нарисованная идеализированная картина не всегда хорошо согласуется с данными эксперимента для реальных полимерных материалов. Можно лишь утверждать, что резкий подъем кривой на первой стадии ползучести всегда наблюдается для любых материалов. В остальном могут быть различные отклонения отсутствие прямолинейного участка, наличие нескольких резких ускорений деформации и т. д. [c.164] Первому участку кривой деформации соответствует упругая и, по мнению Ю. С. Лазуркина, деформация упругого последействия. После ее исчерпания наступает установившаяся стадия ползучести за счет деформации вынужденно-эластического характера. В этом можно убедиться, нагревая образец выше температуры стеклования, после чего он полностью сокращается. [c.164] Это соотношение во многих случаях хорошо описывает экспериментальные данные для стеклообразных полимеров, и с его помощью легко определить числовые значения параметров релаксационных свойств (т]2,о, 7р и /р, о). [c.165] После рассмотрения различных явлений, связанных с деформацией упругого последействия, следует изложить некоторые соображения о ее природе. Сведения о природе деформации упругого последействия можно получить, изучая связанные с ней эффекты двойного лучепреломления. Эти эффекты (вредные при использовании прозрачных полимерных материалов для конструирования моделей в методе, основанном на явлении фотоупругости) просматриваются при длительном механическом воздействии и пониженных температурах. [c.165] Особое внимание следует уделить знаку эффекта двойного лучепреломления. Опыт показывает, что этот знак совпадает со знаком двойного лучепреломления при вынужденно-эластической деформации. Тогда в рамках молекулярных представлений механизм деформации упругого последействия можно трактовать так же, как механизм высокоэластической деформации, связанный с молекулярными перегруппировками ориентационного характера. На самом деле вопрос, конечно, гораздо сложнее. Правильнее говорить о перегруппировках в процессе релаксации как отдельных элементов надмолекулярной структуры, так и их внутренних частей (вплоть до макромолекул и отдельных сегментов). К этому мы вернемся ниже, а сейчас рассмотрим новейшие данные о ползучести. [c.165] Многочисленные эксперименты по ползучести стеклообразных полимеров проведены для полиметилметакрилата и полистирола. Эти два полимера являются классическими объектами исследования различных физических свойств полимерных стекол. [c.165] Ползучесть полиметилметакрилата детально исследована в области температур, близких к точке стеклования. Не входя в подробности этого исследования заметим, что его авторы объясняют полученные результаты в терминах теории свободного объема. [c.165] Вернуться к основной статье