В.А. Кабанов - Практикум по высокомолекулярным соединениям (1113701), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Рассмотрим более детально релаксациониые явления при деформации полимеров в широком интервале температур. Для этого проанализируем процесс развития деформации под действием 149 Рис. Тг. 12. Явление гвсгсрезиса (стреаки на крявых указывают ыаправзспке про- цесса деформации). Рмс, Ч. 13. Зависимость амплитуды деформацав полимера е от температуры прп разхичвых частотах действия силы ы (ец ) кч ) саз).
синусондально изменяющегося напри>кения с постоянной амплитудой. На рис, )г'.13 показана зависимость амплитуды деформации от температуры при различных частотах (или периодах) действия силы. Из рисунка следует, что при низких температурах (в области стеклообразного состояния) амплитуда деформации очень мала и практически не зависит от частоты действия силы.
В области стеклообразного состояния время релаксации намного болыне времени деформации, поэтому практически сколь угодно 1(лительпый промежуток времени оказывается недостаточным для перегруппировки звеньев макромолекул. С повышением температуры время релаксации уменьшается, так как вследствие увеличения интенсивности теплового движения звеньев их перегруппировки происходят чаще. При высоких температурах в области высокоэластического состояния время релаксации звеньев очень мало и в образце практически при любом значении времени действия силы высокоэластическая деформация успевает развиться до значений, близких к равновесному.
Поэтому в этой области температур амплитуда деформации также практически пе зависит от частоты действия силы. Однако для каждого полимера существует такой интервал температур, в котором время релаксации и время развития деформа. ции соизмеримы. В этой промежуточной области тсмператур (переходная область из стеклообразного я высокоэластнческое состояние) наблюдается резкая зависимость амплитуды деформации от частоты действия силы.
Если время действия силы больше времени релаксации т, деформация успевает развиться. Если время действия силы меньше времени релаксации т, высокоэластнческая деформация пе успевает развиться. Так, если прп некоторой температуре и частоте действия силы газ в материале развивается деформация, близкая к равновесной, то прн этой же температуре и частоте действия силы он (рис. зг.
13), амплитуда деформации может быть очень мала п материал ведет себя как стсклообразпое тело. На рис. ь'.!4 показана зависимость тангепса угла сдвига фаз между напряжением и деформацяей от температуры при различ- 150 пых частотах действия силы, Как видно, угол сдвига фаз невелик прп очень малых н больших значениях частоты и температуры: при малой частоте нли большой температуре потому, что релаксацпонпые процессы успевают пройти полностью за время действия силы, а при большой частоте или очень низкой температуре потому, что релаксациоппые процессы вообще не успевают пройти и материал ведет себя как упругое стеклообразное тело.
Это означает, что сдвиг фаз проходит через максимум в переходной области, в которой время деформации сравнимо со временем релаксации полимера. Следует отметить, что наличие у полимеров спектра времен релаксации приводит к наложению сдвигов фаз, вызываемых различными релаксационными процессами. В результате этого наложения получается один пологий максимум сдвига фаз, охватывающий значительный интервал температур. Как уже отмечалось, вследствие возникновения сдвига фаз между напряжением и деформацией (ср) в каждом цикле деформации необратимо затрачивается работа, которую можно рассчитать по формуле А = навес з(п ы(. Поскольку практически вся работа, необратимо затраченная за цикл деформации, превращается в теплоту, то эффект теплообразовании должен зависеть от частоты и температуры так же, как от пих зависит произведение величии е, и з(п гр.
В стсклообразном состоянии величины вв и ейп аз близки к нулю, а следовательно, и потери работы деформации за цикл также близки к пулю. В развитом высокоэластичсском состоянии е, достигает максимума, но значение з(п ср близко к пулго (так как йз близко к нулю), а следовательно, и потери за цикл также незначительны. Таким образом, и частотная, и температурная зависимость механических потерь за цикл проходят через максимум, лежащий в области частот и температур промежуточных между частотами и температурами стеклообразного и развитого высокоэла.
стического состояния. Принцип температурно-временной суперпозиции. Сравнение кривых, представленных на рис. У. 13 и Н. 14, показывает, что увеличение частоты и понижение температуры одинаково влияют на деформацию пли угол сдвига фаз. Одно и то же значение деформации или угла сдвига фаз можно получить, изменяя либо частоту, либо температуру. Эго в определенном смысле свидетельствует об эквивалентности температуры и времени воздействия — так называемый принцип тсмператррно-временной сйцерпозиг(ии, Исходя из этого принципа, можно рассчитать зависимость механических зуд Рвс.
Ч. 11. Тсмвературвав заввсвчссть тамгенса угза сявага фаз (яб между напряженкам в деформацией прв развя ппж частотах дсйствнв сяхы ы (вч ) ыа .м саз). О ! (мз — шуи! шн )и 2 3 (Π— ш а и аи уп!тш е т, с теииериеури оимии т, ао Сиароееь растяжении е, миумнн Обрезан Фииоиае еаетоиине ПЭ ПЭТФ ПВХ Кристаллический Аморфный Аморфный 20, 40, 60, 80 70, 80, 90, 140 20, 80 6 9 8,0; 15,0; 80,0 Амииитуиа иоиебиииа Ае А мы т, 'с А~ ~ Л~ А 168 колебания. В процессе затухания датчик 7 синхрош1о колебаниям системы подает импульсы на записывающее устройство 9. Эксперимент проводят для нескольких температур от ЗО до 1ЗО'С через каждые!О'.
Прп этом тсриостатнрование образцов полимеров осуществляется с помощью разъемной печи !О, лабораторного авто- трансформатора !! и электронного потщщиометра !2 с термопарой !3. Из нескольких измерений значений периодов колебаний Т образца полимера рассчитывают его среднюю величину. По кривой, полученной на записывающем устройстве 9 измеряют амплитуды А четырех-пяти последовательных колебаний системы. Обработка результатов Для расчета модуля кручения О и тангенса угла механических потерь 1д б используют формулы, полученные при решении уравнения для свободно-затухающих колебаний комбинированной системы: где ! — момент ннерцнн маятника; К вЂ” козффнцнент, зависящий от формы образна; ми ='2л)тн м = 2л)Т вЂ” частоты колебаний иомбнннровапной системы е образцом пзлнчера н без образца соответственно; Ли = )п(Ае/Аш~) — логарнфмнчссинй деиречеит налебаинй комбинированной системы с образцом полимера; Аь Аьы — амплнтуды поеледовательпыи колебаний номбнннроаааной системы с образцом палнчера.
Данные измерений периодов колебаний системы с образцом полимера и расчета значений О вносят в таблицу, Форма записи результатов; По данным таблицы строят графики зависимости О от Т и определяют температуру стеклования полимера. Данные измерений амплитуд последовательных колебаний и расчета значений (цб вносят в таблицу. Форма записи результатов: По данным этой таблицы строят график зависимости 1я б от Т, по которой также определяют температуру стекловапия полимеров.
Задание. Проанализировать характер кривой зависимости модуля кручения от температуры при заданном моменте инерции системы; определить температурные области переходов полимеров из одного физического состояния в другое; проанализировать полученную зависимость тангенса угла механических потерь от температуры при заданном моменте инерции системы; объяснить смещение температур стсклования полимеров при изменении момента инерции системы. Р а бат а ЛУ.З.
Изучение механических свойств кристаллических и аморфных полимеров методом динамометрии Цель работы, Получение кривых нагрузка — деформация кристаллических и аморфных полимеров при различных температурах и скоростях приложения нагрузки, определение напряжения рекрст,. таллизацни или предела вынужденной эластичности н их зависи- римости от температуры и скорости растяжения.
Образцы; полиэтилен (ПЭ), нолнзтнлентерефталат (ПЭТФ), полнвнннлхло. рнд (ПВХ) — пленки толшниой 0,1 — 0,15 мм. о Прнборм: дннамометр типа Палаше е записью кривых расул>ненни, мнн литр, штанцевой вырубной пож, гндравлнчееннй пресс (школьный). нроМетодика работы Образцы для исследования в виде лопаток вырубают штанцсвым ножом на гидравлическом прессе. Микрометром измеряют длину, толщину и ширину рабочей части лопаток и рассчитывают площадь нх поперечного сечения.
Образцы закрепляют в зажимах дицамометра и растягивают при нескольких температурах и скоростях приложения нагрузки. Продолжцтельность термостатнрования пленок в нагревателе диначометра составляет 15 мин, а ПЭТФ (при 140'С) — 60 мин, Ниже приведены условия проведсния опытов. Каждый опыт повторяют 3 раза до получения воспроизводимых кривых. Обработка результатов Полученные на диаграммной ленте кривые представляют в координатах о — е (величина о — условное напряжение, равное отношению прилагаемой цагрузкп Т к площади поперечного сечения Скорость растяжения образца с, мн'мпн Гемпсрзгурз опыта т, с Образец пя и б з а Я до его растяжения; е — относительное удлинение, равное отношению изменения длины образца М к первон ч ачальной длине образца 1,). При построении кривых необходимо учесть масштаб записи на диаграммной ленте по вертикали 51 и по горизонтали 1, а также их изменение пра различных скоростях растяжения.
По кривым нагрузка — деформация определяют напряжение рекристаллизацпи в, для образцов кристаллических полимеров н йределы вынужденной эластичности а. для образцов аморфных полимеров. Условия и резулыаты опытов вносят в таблицу. Форма записи условий опьута н результатов: Растяжение для одной серии образцов проводят при нескольких температурах, например прп 20, 30 и 40'С, Термостатирование образцов при заданной температуре осуществляется с помощью электронного потенциометра в течение 15 мин. Образец растягивают и по достижении определенного удлинения 1 машину выключают.
По шкале нагрузок прибора наблюдают изменение нагрузки во времени вначале через 10, 30 и 60 с, а затем по истечении 5, 1О, 30, 40, 50 и 60 мин. Нагрузка, удерживающая образец в растянутом состоянии по истечении 60 мин, обозначается 1 . Также выполняют опыт при двух других температурах, Обработка результатов Результаты эксперимента и расчетов вносят в таблицу.
Форма записи результатов: По данным таблицы строят зависимость ар или и. от температуры для соотвстству1ошей скорости растяжения. Задание. Проанализировать характер полученных кривых о — е для различных поли. р ых полимеров, объяснить полученные зависимости ар и а, от температуры; по температурной зависимости ор и а, опреде- Т фиых волимеров или Т.з кристаллических полимеров не темпе атпри заданной скорости растяжения; объяснить влияние т р уры от отжига образцов ПЭТФ (в области выше Т, полимера) на форму дииамометрнческих кривых. Р а б от а Ъ',4. Изучение релаксациониых явлений в полимерах Цель ра оты. олу б . П пение кривых релаксации напряжения сшитых и линейных аморфных полимеров при различных температурах, определение рави овесного модуля полимеров, расчет спектра вре- мен релаксации полимеров.
Образцы: полибутндметакрнват б .. крнват (ПБМА), резины на основе бутадненннтрнвь. с аэлнчиой частотой сшнвок (СКН) (пластнпы тплшнпой 5 ым). РМИ-5, разъемный обогреватель, эвек- П нбо ы: разрывная машина типа ый потенцнометр -, ла ЭПВ-2, боратпрный автотрансформатор, штанцеаый вый с (школьный), секундомер, метчнк образцов. рубцой нож, гндравлнисскн пресс Методика работы Образцы полимеров в фо форме лопаток вырубают штанцевым ножом на гидравлическом пресс .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
