ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механические свойства из "Химия искусственных смол" Двойственностью поведения макромолекулярных систем определяется целый ряд характерных свойств высокополимерных соединений. Малая подвижность отдельных макромолекул придает полимерным системам характер твердого тела, обусловливает высокую вязкость и отсутствие свободного течения даже при повышенной температуре. С другой стороны, высокая подвижность отдельных звеньев цепей обусловливает исключительную эластичность полимеров, их способность образовывать кристаллиты и т. д. [c.129] В полимерных смолах одновременно проявляются два вида деформаций пластические, обусловливаемые перемещением отдельных макромолекул относительно друг друга, и эластические, являющиеся результатом подвижности отдельных звеньев макромолекул. Так как энергия, необходимая для смещения целых молекул относительно друг друга, значительно превышает энергию вращательного движения отдельных звеньев, то при обычных температурах эластические деформации преобладают над пластическими. С повышением же температуры начинает увеличиваться величина пластической деформации. [c.129] При приложении внешних сил или понижении температуры создаются условия, ограничивающие возможность изменения конфигурации макромолекул. При растяжении отдельные гибкие цепи постепенно располагаются параллельно действию растягивающих сил. В зависимости от величины создаваемого силового поля изменяется и степень изогнутости цепей макромолекул. Это выражается в удлинении образца полимера в направлении действия силы с сохранением его объема- При снятии нагрузки отдельные макромолекулы вновь приобретают подвижность, характерную для данного полимера, и стремятся вернуться к первоначальному, более равновесному состоянию, что выражается сжатием образца. Наличие остаточной деформации объясняется частичным смещением цепей полимера, происходящим одновременно с их выпрямлением под действием внешней силы. [c.129] Запаздывание изменения деформации по отношению к изменению силового поля носит название релаксации (последействия). Величина релаксации зависит, с одной стороны, от скорости приложения нагрузки и от частоты изменения ее величины, с другой — от степени гибкости макромолекул. Энергетический барьер некоторых макромолекулярных систем, содержащих разнородные группы или атомы, часто достигает такой величины, что релаксационный период длится годами. [c.130] Снижением взаимодействия между макромолекулами можно создать условия, ослабляющие релаксационные явления. Это достигается повышением температуры или увеличением содержания низкомолекулярной фракции в данном образце. [c.130] Выше указывалось, что высокомолекулярные соединения, в отличие от обычных жидкостей, характеризуются резким изменением вязкости при изменении температуры. Один и тот же полимер в интервале температур 100—120° переходит из твердого в эластическое, а затем в вязко-жидкое состояние. Одновременно изменяется и характер деформации полимера под действием нагрузки. [c.130] На рис. 55 схематически изображено изменение деформации линейных полимеров при постоянной нагрузке в зависимости от температуры. [c.130] Интервал температур АВ характеризует твердое состояние. В точке Т , (температура стеклования) вещество переходит в стадию высокоэластической деформации, которая характеризуется интервалом температур ВС. При температуре 7 начи-нается стадия пластических деформаций. [c.130] В зависимости от структуры полимера, а следовательно, и сил межмолекулярного взаимодействия, изменяются температурные пределы отдельных видов деформаций. [c.131] Высокополимерные соединения отличаются от металлов наличием высоких обратимых деформаций, низким модулем упругости, способностью нагреваться при сокращении и значительной величиной релаксации. [c.131] Эти обстоятельства заставляют рассматривать многие свойства полимеров по аналогии с газообразными или жидкими телами. Впервые на эту аномалию свойств высокомолекулярных соединений обратил внимание С. В. Лебедев, исследуя зависимость коэффициента объемного расширения от изменения температуры. Им было установлено, что порядок величины коэффициента объемного расширения каучука такой же, как для жидкостей. В дальнейшем те же данные были получены для эбонита, нитроцеллюлозы, природной целлюлозы и т. д. [c.131] В случае ориентированных или кристаллических полимеров все механические свойства, а также и коэффициент объемного расширения анизотропны, т. е. различны в различных направлениях по отношению к оси ориентации. [c.131] Не меньшее влияние, чем релаксация, оказывает на результаты испытаний предистория исследуемого образца. [c.132] Релаксационные явления особенно сильно сказываются при переменной нагрузке на образец. Исследования полимеров при разных частотах смены напряжения показывают, что с повышением частоты смены напряжения деформация образца не успевает следовать за напряжением, вследствие чего высокоэластичный образец ведет себя как жесткий. С повышением температуры релаксация уменьшается. [c.132] Наиболее точные исследования поведения образцов полимерных смол при различных нагрузках, различной частоте смены напряжений и различной температуре были проведены А. П.. А.лександровым на предложенном им частотном динамометре . [c.132] Если степень полимеризации вещества выще 40—80, то с ростом молекулярного веса полимера в пределах одного и того же полимерно-гомологического ряда прочность повышается. При степени полимеризации выше 250—300 наблюдается падение прочности с увеличением молекулярного веса. Для высокополимерных веществ (степень полимеризации больше 600—700) трудно установить зависимость этих величин друг от друга Правда, указанные данные носят несколько обобщенный характер, так как показатели прочности зависят не только от величины молекз лярного веса. [c.133] Кристаллическая или относительно стабильная ориентированная структура полимера способствует значительному повышению прочности при растяжении и твердости вещества. При постоянном напряжении деформация кристаллических или ориентированных линейных полимеров меньше, чем для неориентированных. [c.133] Присутствие влаги в полимерах (особенно содержащих в своей структуре группы СООН, ОН и ЫНг) несколько снижает их прочность и величину модуля упругости, одновременно повышая пластичность. [c.133] В интервале ВС кривой деформация — температура высокомолекулярное вещество обладает преимущественно высокоэла-стическимн свойствами, т. е. имеет место обратимая деформация. Полимеры, находящиеся в стадии высокоэластических деформаций, подобно жидким телам легко изменяют свои линейные размеры, сохраняя постоянство объема. [c.133] Вернуться к основной статье