Тема-№-6-Механика-полимеров (1156223), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

области перехода от олигомеров к полимерамотЭффект аномалии вязкостиCтруктура флуктуационнной сетки зацпелений успеваетвосстанавливатьсянаибольшаянаименьшаяCтруктура флуктуационнной сетки полностью разрушенанапряжениемКривые напряжение – деформация при постоянной температуре  =  () при Т = const - основа анализа механических свойств твердых материалов.Для низкомолекулярных упругих твердых тел:  EпрТочка разрыва (разрушения) образцапр и пр - предел прочности - предельнодостижимые деформация и напряжение вобразце без его разрушения.Е – тангенс угла наклона зависимости  ().прf dl dAAd   d S lVV0f - сила упругости; l – длина образца; V –объём образца, A – работа, затраченнаяна деформацию образцаПлощадь под кривой () -  есть работа (энергия) затраченная надеформацию материала, отнесенная к единице объёма.Высокоэластичное состояние полимеров – энтропийнаяи энергетическая природа модуля упругости каучуковПервый закон термодинамики– изменение внутренней энергии системы; dА – работа,dU  dA  Q dUсовершенная над системой, Q – теплота, подведенная к системеQ  TdS dA  fdl  pdV  fdlfdl  dU  TdSИзменением объёма при деформации можнопренебречь. U  S f   T    fU  f S l T l TВ общем случае упругая сила имеет энергетическую (fu) и энтропийную(fs) составляющие, связанные с изменением внутренней энергии иэнтропии материала при деформацииДля низкомолекулярных упругих твердыхтел – упругость целиком энергетическая:f  fUfS  0Наоборот, для газов упругость(давление) газа имеет целикомэнтроийную природу:f  fSfffU  0fВысокоэластичное состояние полимеров – энтропийнаяи энергетическая природа упругости каучуковМеталлы – E ~ 105 МПА;Кварц – E ~ 105 МПА;Пластмассы – E ~ 103 МПА;Каучуки – E ~ 0.2 - 10 МПА;Газы – E ~ 0.1 МПА;В упругости каучуков присутствуют обесоставляющие, причем основной вклад вупругость вносит энтропийная составляющая fs.Природа энтропийной составляющей каучуков•Любая деформациямакромолекулярного клубкасопровождается снижением егоэнтропии.Энтропия макромолекулыfs = 0fs > 0fs > 0<h>Расстояниемежду концамицепи•При снятии нагрузки клубокпринимает исходный размер,задаваемый максимумом энтропии.•Деформация макромолекулярногоклубка ОБРАТИМА3kTEMМодульупругостиизолированного клубкаПрирода энтропийной составляющей упругости каучуков32 3 W ( h)dV  4h e2 2NA 23 h22 NA 22  bh2dh ~ const 1h edhS  k lnW  const 2  k 2 ln h  kbh2 ~ const  kbh233kTh S f S  T    2kTbh  2kTh22 1/ 22 1/ 2l2NA Thh3kTEMПрирода энергетической составляющей упругости каучуковВремя оседлой жизни«свободного» сегментапроходной цепи 10-6 –10-4 сек;Время жизнифлуктуационного узла –10 – 104 сек;проходные цепиузлыУзлы флуктуационной сетки – непостоянные во времени небольшиеквазикристаллические образования (из параллельно уложенных участковмакромолекул)изацеплениймакромолекул обуславливаютсуществование энергетической составляющей модуля упругости каучуковfu.Динамометрия каучуков  =  () при Т = constРазрушениефлуктуационных узловIпрIIВытягиваниеклубковIIIДеофрмацияВытянутыхмакромолекулεОтклонение от закона Гука (т.е.

от прямолинейной зависимости  от )свидетельствует об изменении структуры материалы в процесседеформации.Стеклообразное состояние полимеров – вынужденная эластичность"шейка"Еа (сегмент)  kT, ноЕа (сегмент)  kT +  k’прв.э.в.э. - предел текучести(предел вынужденнойэластичности)прнеобр  пр – деформация обратима; > пр – деформация необратима;Влияние температуры на механические свойств полимерных стекол.Температура хрупкостиТ2 = Тхрпрв.э.Т1 < Т2 < Т3 < Т4 < Т5 < Т6 < ТстТемпература хрупкости (Тхр) – температура, ниже которой не наблюдаетсяявления вынужденной эластичности. Ниже температуры хрупкости полимерведет себя как упругое хрупкое тело, т.е. зависимость  от  прямолинейна, аматериал разрушается уже при небольших деформациях.Натермомеханической кривой Тхр не проявляется.При Т < Тхр: пр < в.э.Стеклообразное состояние полимеров – явление ХРУПКОСТИПочему при Т < Тхр – разрушение полимера происходит ХРУПКО?Тхр <T < ТстT < ТхрБольшая площадь под кривой   .

Вся подведенная энергияуходит на вынужденноэластичнуюдеформацию - нет осколков.Малая площадь под кривой  -  .Только часть подведенной энергииуходит на деформацию . Остальнойизбыток – на образование новойповерхности  много осколков.Из-за явления вынужденной эластичности полимеры при Тхр.< Т < Tстназывают пластическими массами (пластиками).Релаксационные явления в полимерах - введениеРелаксация –равновесноеdx kxdtпроцесспереходаdx kdtxизнеравновесногоx  x0 ex  x0 e ktсостоянияkв1tx – степень отклонения параметра системы от равновесного; xo– начальноеотклонение параметра системы от равновесного; t – время;  - времярелаксации.Время релаксации – время, за которое степень отклонения какого-либопараметра системы от равновесного уменьшится в е раз.Релаксационные явления в полимерах – релаксация напряжения в эластомерахНевулканизированныеэластомерыРелаксация напряжения – образецмгновенно деформируют до заданнойпостоянной величины  = const.

Т =const. Снимают временную зависимость = (t).   0etПри t  0 –   o – обратимая деформация – каучук – упругое (гуковскоетело); (клубки развернуты, флуктуацнонные узлы напряжены);При t     0 – необратимая деформация (течение) - каучук – вязкаяжидкость; (клубки свёрнуты, флуктуацнонные узлы ненапряжены)   0eEARTВремя релаксации уменьшается с ростом температурыРелаксационные явления в полимерах – ползучесть эластомеровНевулканизированныеэластомеры   (t )Ползучесть – к образцу прикладываютпостоянное напряжение  = const. Т =const.

Снимают временную зависимость =  (t).   обратимая  необратимаяВ момент времени t1 и t2 напряжениемгновенно сбрасывается до нуля.Получают кривые 2 и 3 релаксациидеформацииt1  0 :   0 t 2 :   0Дляпредотвращенияползучестикаучуки вулканизируют (сшивают).Вязкоупругость (упруговязкость) – способность тела одновременнопроявлять как свойства жидкости (течение), так и твердого тела(гуковская деформация). Полимеры – вязкоупругие тела.Гистерезисные явления в эластомерах.Диаграмма растяжение – сокращение 0max0 (|d/dt| = const).

Цикл нагрузка –разрузка с постоянной скоростью нагрузки (разгрузки).Идеальное упругое телоНесшитый эластомерВулканизированный (редкосшитый) эластомерГистерезис (от греческого hysteresis – отставание, опаздывание) – в данномслучае неоднозначная зависимость величины деформации тела (физическаявеличина, характеризующая состояние тела) от напряжения (внешних условий).Петля гистерезиса – площадь между кривыми нагрузка - разгрузка.

Наличиепетли гистерезиса – свидетельство вязкоупругости деформируемого тела.Гистерезисные явления в эластомерах. Коэффициент механических потерьAпотеряннаяS петляS нагрузка AзатраченнаяSпетляSнагрузка- коэффициент механическихпотерь – показывает, какая частьзатраченной не деформацию работынеобратимо рассеивается на трение.Механические потери возникают врезультатепоступательногоперемещения сегментов в вязкой среде.В абсолютно упругом теле 0, всреде с низкой вязкостью 0  max при Т  Т стеклованияВязкоупругость полимеров и многократные циклические нагрузкиАбсолютно упругое тело:  E  E 0 sint   0 sint   0 sintИдеальная вязкая жидкость:   0 sintd   0 cos t   0 sin t  dt2Для идеально упругого твердого тела нет отставания по фазе междунапряжением и деформацией.

Для ньютоновской жидкости напряжениеотстает от деформации на угол /2.Вязкоупругость полимеров и многократные циклические нагрузкиВязкоупругое тело:   0 sint   0 sint   0 2Вязкоупругость полимеров и многократные циклические нагрузкиВязкоупругое тело: *  '  '' *   ' i ' ' iE*  E' iE' ' ' E'tg  '' E'' - модуль вектора напряжения; ` составляющая вектора напряжения,колеблющаяся в фазе с деформацией,`` - составляющая напряжения,отстающая от деформации на угол/2.E* - комплексный модуль; E` - модуль упругости или модуль накопления; E`` модуль потерь; tg - тангенс угла механических потерьТангенс угла механических потерь и температура стеклованияСтеклообразное состояние0E' 0  constВысокоэластичноесостояниеТангенс угла механических потерь и механическое стеклование полимераВысокоэластичноесостояниеT  constСтеклообразное состояниеМеханическое стеклование – переход полимера из высокоэластического встеклообразное состояние при увеличении частоты воздействия силы(уменьшения времени воздействия).Критерий (число) Деборы для вязкоупругостиDtt – время действия силы;  время поступательногоперемещания кинетической единицы (молекулы или сегмента),совпадает со временем релаксацииt   D    упругое телоt   D  0  идеальная жидкостьt ~   D  1  вязкоупруг ое телоТечение ледников – t  Прыжки с высоты в воду t  0 –воды «твердеет»Принцип температурно-временной суперпозицииПонижение Т – увеличение времени релаксации поступательногодвижения сегмента сегм  D  .

Увеличение частоты  приводит куменьшению времени воздействия силы t  D   . В обоих случаяхполимер становится стеклообразным. Наоборот, увеличени температурыТ приводит к уменьшению сегм  D  0. Уменьшение частоты приводитк росту t  D  0. В обоих случаях полимер становится болеевысокоэластичным и более текучим.Принцип температурно-временной суперпозиции (эквивалентности):дляпроявления полимером механических свойств понижение температурыэквивалентно повышению частоты воздействия, а повышениетемпературы эквивалентно понижению частоты воздействия.Принцип температурно-временной суперпозиции1   2   3.

Характеристики

Список файлов лекций