Практикум по химии и физике полимеров - Аввакумова Н.И.
ISBN 5—7245—0165—1
Скачать (прямая ссылка):
Характерной особенностью полимеров является наличие двух типов структурных элементов — звеньев и цепей. Эти структурные элементы существенно различаются своими размерами и подвижностью, а следовательно, и временем достижения равновесного состояния. Поэтому полимеры обладают целым наборе м или спектром времен релаксации, соответствующих временам перегруппировки звеньев цепи, участков цепи, а также надмолекулярных структур. Полимерные цепи вследствие их бсльших размеров имеют малую подвижность и очень большие времена релаксации (иногда годы), тогда как звенья цепи характеризуются большей подвижностью и малыми временами релаксации (10~4— 10~6 с), что на четыре — шесть порядков больше времен релаксации низкомолекулярных жидкостей.
Время релаксации т для любых систем можно выразить через энергию активации релаксационного процесса AU:
где T0 период колебания (1-Ю 11 с); R- газовая постоянная; T — температура.
Ю. С. Лазуркиным и А. П. Александровым было показано, что т зависит от приложенного к образцу внешнего напряжения:
T^t,) ехр
MJ ~ аа RT
(8.4)
(а — постоянная)
ПРИНЦИП ТЕМПЕРАТУРНО-ВРЕМЕННОИ СУПЕРПОЗИЦИИ
При повышении температуры увеличивается подвижность макромолекул и уменьшается время их релаксации. Поэтому очень длительный релаксационный процесс можно провести за сравнительно короткое время, если повысить температуру. Из этого следует, что влияние временного фактора и температуры на свойства вязкоупругих материалов, находящихся под действием напряжений, эквивалентно. Эта закономерность получила название принципа Jсліпе'ратурно-временной суперпозиции. Используя этот принцип можно осуществлять экстраполяцию от малых к большим временам релаксации, что сокращает время эксперимента. Экстраполяция сводится к тому, что экспериментальные кривые релаксации, полученные при различных температурах (рис. 8.3), сдвигают горизонтально переносом их вдоль оси логарифма времени на некоторую величину Ig а/ до получении единой обобщенной кривой.
Температурные зависимости всех механических и электрических свойств аморфных полимеров выше Тс могут быть описаны одной функцией а/, которая представляет собой отношение значения времени релаксации при температуре T к значению времени релаксации при температуре Г0, принятой за стандартную. Для каждого полимера можно выбрать свою T0 и выразить а/ как функцию разности T—T0, причем для многих аморфных полимеров эта зависимость подобна и может быть выражена уравнением
C1(T-T»)
lgaT~ —----— (8.5)
С-л+{T-¦¦¦T0)
(Ci и Со — эмпирические константы).
Уравнение (8.5) получило название уравнения ВЛФ (Виль-ямса — Лэндела — Ферри). На основании уравнения ВЛФ мож-
Рис, 8.3. Обобщенная кривая релакса- E(t)n ции напряжений полимера (Т\<То< <Гз<...<Гю<Ги)
по определить время релаксации практически любой меха-
Использование принципа 1
температурно-временной суперпозиции позволяет прогнозировать изменение деформационных свойств полимеров на длительные сроки (годы) по данным непродолжительного экспери-
Э К С 11 E P И M E Il T А Л Ь И А Я ЧАСТЬ
Работа 8.1. Определение деформационных свойств полимеров при растяжении
Цель работы: получить кривые напряжение — деформация и определить деформационно-прочностные характеристики аморфных и кристаллических полимеров.
Образцы: полиэтилен, полистирол, нолиэтилентерефталат, полиизобутилен (квадратные пластины со стороной 100 мм и толщиной 1±0,1 мм); образцы изготовляются в соответствии с ГОСТ 12019—66.
Приборы и принадлежности: разрывная машина типа 200 IP-0,5, штан-цевый вырубной нож, механический пресс, шаблон с ценой деления 20 мм, толщиномер.
Методика работы. Перед проведением испытаний образцы кондиционируют по ГОСТ 12423—66. При помощи механического пресса штанцевым вырубным ножом вырубают из каждого полимера пять образцов в виде лопаток в соответствии с ГОСТ 11262—80. Образцы нумеруют и измеряют толщину и шгрину рабочей части лопаток с помощью толщиномера с точностью 0,1 мм. Затем рассчитывают площадь поперечного сечения 5. На рабочей части лопаток при помощи шаблона и карандаша наносят две риски на расстоянии 20 мм (Z0). Образцы закрепляют в зажимах разрывной машины и испытывают согласно инструкции к разрывной машине и при соблюдении требований ГОСТ 11262—80. Испытания проводят при скорости перемещения подвижного зажима машины 50 мм/мин. При этом на диаграммной ленте производится запись изменения деформации образца в зависимости от нагрузки. По шкале силомера фиксируют значения нагрузок при вынужденно-эластической деформации Рт и при разрыве образца Рр.
мента.
!i mf
Образец
.S , vi м 2
P1 , кг
P р 5 kl
6т, МПа
V МПа
Е, МПа
При помощи ручного следящего устройства машины фиксируют расстояние между рисками на рабочей части лопатки при разрыве образца /р. Результаты испытаний вносят в табл. 8.1.
Обработка результатов. На основании полученных данных для всех образцов рассчитывают:
разрушающее напряжение при растяжении
