У некоторых стеклообразных полимеров при температуре Т, меньшей на 20...30ºC температуры стеклования Тст, под действием больших напряжений возникает существенная деформация eвэ (сотни %), которая долго сохраняется после снятия нагрузки. Деформация eвэ исчезает при повышенной температуре: Т > Тст. Это эффект вынужденной эластичности.
s
А С
 |
eу eвэ e
Рис. Кривая растяжения аморфного полимера в стеклообразном состоянии (вынужденная эластичность).
С увеличением напряжения происходит снижение энергии активации конформационных превращений. При напряжении sА начинает образовываться шейка. С увеличением напряжения s шейка разрастается и при напряжении sс занимает весь образец. Наблюдается трансконформация полимерной цепи. При большем напряжении происходит деформация образца за счет изменения длин l и углов a валентных связей, что очень быстро приводит к разрушению материала.
Различают энергетическую и кинетическую упругость. Энергетическая упругость - это сопротивление внешним силам, направленным на преодоление сил связи между частицами. Кинетическая упругость - это сопротивление внешним силам развернуть молекулы полимера. (С увеличением температуры тепловое движение закручивает полимерную молекулу все больше и больше. Именно такое положение является устойчивым.)
Эффект вынужденной эластичности возникает в том случае, когда кинетической упругости недостаточно для изменения конформации - результата внешнего воздействия. При увеличении температуры кинетическая упругость возрастает, и эффект вынужденной эластичности снимается.
Эффект используется для изготовления термоусадочных кембриков. Полимерную трубку растягивают до большего диаметра. При нагревании до температуры порядка 60ºC трубке возвращается первоначальный диаметр.
Рис. Термоусадочный кембрик до и после нагревания.
Свойствами полимеров можно управлять инфракрасным излучением.
Рис. Изменение конформации полимера дистанционно инфракрасным излучением.
РЕЛАКСАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ
При быстром нагружении образца в первую очередь возникает упругая деформация. Для таких изменений требуется напряжение, необходимое для раскручивания молекул. Начинается изменение конформаций. Энергетическая упругость постепенно переходит в кинетическую. Напряжение уменьшается, приближаясь к равновесному sоо. Этот процесс называется релаксацией (рассасыванием) напряжения.
s
sо
sоо
tp t
Рис. Релаксация напряжения в эластомере.
Величина снимаемого напряжения определяется как
s (t) = sоо + (sо - sоо ) exp (- t / tp),
где sоо - напряжение, оставшееся в образце по истечении времени t, tp - время релаксации. За время t = tp напряжение в образце уменьшается в е раз. Изменение напряжения фиксируется динамометром.
При снижении температуры уменьшается кинетическая упругость. Полимер теряет высокоэластическое состояние и переходит в стеклообразное. (Резина в жидком азоте.)
Если поддерживать напряжение постоянным, то будет происходить непрерывная деформация образца за счет раскручивания молекул.
e
e∞
 |
F
t p t
Рис. Релаксация деформации в эластомере.
Конформация молекул происходит до тех пор, пока нагрузка не уравновешивается кинетической упругостью. Деформация при этом достигает равновесной величины. В любой момент времени деформация определяется как
e = eоо (1 - ехр (- t / tp)).
Высокоэластическая деформация и напряжение связаны между собой соотношением, аналогичным закону Гука:
s = Еоо eоо,
где Еоо - равновесный высокоэластический модуль упругости.
После снятия нагрузки в образце протекает обратный процесс - скручивание молекул.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 79 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Минск, 2011 | | | Полимеры медицинской электроники. |