Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
е*
Лмп = | <ИЬ. О
Потери механической энергии происходят при превращении ее в теплоту, поэтому і4мп = С?.
Величина механических потерь зависит от условий деформирования. Повышение температуры и снижение скорости приближает условия деформирования к равновесным, что приводит к уменьшению площади петли гистерезиса и, следовательно, механических потерь. При низких температурах или высоких скоростях за время деформирования структура изменяется незначительно и за время сокращения способна отрелаксировать практически полностью. Поэтому в данных условиях кривые растяжения и сокращения совпадают. Таким образом, в условиях, обеспечивающих полную релаксацию, механические потери отсутствуют.
Размягчение полимера, или эффект Патрикеева — Маллин-за, заключается в снижении напряжения при повторных деформациях (рис. 5.12). Это обусловлено неполным восстановлена^
292
ч
рис 5.12. Кривые напряжение —деформация о—е при растяжении (/, 2) и сокращении 1\2' при повторных наложениях!
/, /' — первый цикл; 2, ? — второй цикл
ем структуры к началу повторного деформирования из-за наличия флуктуационной сетки. Чем больше узлов в сетке, чем медленнее идет релаксация в процессе деформирования, тем в большей степени проявляется эффект размягчения. Количественно эффект размягчения оценивают коэффициентом размягчения р„лг (УУ — порядковый номер повторного цикла растяжения — сокращения), равным отношению максимального напряжения при повторном нагружении к его первоначальному значению притом )же удлинении. Например, коэффициент размягчения при втором цикле растяжения — сокращения равен |Ло2*= 02/01-
Из рис. 5.12 видно, что площадь петли гистерезиса и остаточная деформация за второй цикл растяжения — сжатия меньше, чем механические потери в первом цикле. При последующих циклах механические потерн, остаточная деформация и коэффициент размягчения снижаются и в конечном итоге потери и остаточная деформация достигают предельных значений и при дальнейшем деформировании практически не изменяются, а коэффициент размягчения становится близким к единице. Причина этого в том, что релаксация физических узлов, надмолекулярных образований и других структурных элементов происходит крайне медленно; они разрушаются в первые циклы и не восстанавливаются за время сокращения. После определенного числа циклов в полимере сохраняется флуктуационная структура, обладающая способностью практически полностью релакоировать за время деформирования. Поскольку релаксация ускоряется при нагревании, повышением температуры можно уменьшить вост. Если при деформировании полимера не происходит необратимого изменения его структуры (течения, меха-нохимической деструкции), то остаточная деформация может исчезнуть, т. е. еост-*0.
В реальных условиях деформирование всегда сопровождается механохимическими реакциями, приводящими к необратимому изменению структуры полимера. В этом случае остаточная деформация складывается из обратимой («задержанной») высокоэластической; обусловленной наличием структурных единиц с большими временами релаксации Де8зл, и пластической
293
ЛеПл, связанной с необратимой вязкотекучей деформацией. По этому
Особенно велика доля Де„л при больших деформациях цикле. (> 100%), а также для полимеров с редкой химическо: пространственной сеткой или не имеющих такой сетки. Люб внешнее воздействие, ускоряющее релаксацию (нагрев, набу хание), приводит к снижению только ДеВэл. При достаточн длительном восстановлении АеВэл-*0 и еОСт определяется только пластической составляющей.
При эксплуатации полимерные изделия чаще всего испыты вают невысокие деформации (<100%) и, как правило, рабо тают в режиме динамического нагружения. Наибольшее расп ространенне получил режим деформирования при сдвиге, пр котором напряжение и деформация изменяются во времен I по синусоидальному закону:
О^Оов.ПО)/; (5.6) 8=8ов!П(1)^, (5.
где оо, €о — максимальные амплитуды напряжения н деформации; © — круго вая частота, связанная с периодом колебания V соотношением <й=2я/\\
Как указывалось в гл. 4, полимеры в высокоэласти^еско состоянии являются вязкоупругими жидкостями. При деформи ровании упругого тела напряжение и деформация изменяются по синусоиде без отставания синусоид по фазе (рис. 5.13,-а)! так как упругое тело мгновенно реагирует на внешнее воздействие. В этом случае модуль упругости по закону Гука равен
С=о/е-=(о081П <0/)/(воЗ!П о)О=0о/ео. (5.8>
Деформация идеальных жидкостей изменяется с напряжением по закону Ньютона:
о=г[{<1г/(И). (5.9)-
Здесь г) — коэффициент пропорциональности, называемый вязкостью. Для синусоидально изменяющегося напряжения о = Оо51По)/ деформация вязкой жидкости равна
Таким образом, при приложении синусоидально изменяющегося напряжения деформирование жидкости также происходит по синусоидальному закону, но синусоида деформации отстает от синусоиды напряжения на угол тс/2 (см. рис. 5.13,6). Для вязкоупругих тел также наблюдается отставание деформации от напряжения, но угол сдвига фаз больше нуля, но меньше л/2 (см. рис. 5.13, в). Поэтому в общем случае для упругих»
