Механические свойства
Механические свойства полимеров зависят от условий их получения, способа переработки и предварительной обработки. Общий характер механического поведения конкретного полимера определяется тем, в каком физическом состоянии он находится. Наибольшее распространение получило мнение, что линейные и разветвленные полимеры могут находиться в трех со
стояниях — стеклообразном, высокоэластическом и вязкотеку — чем [10]. Трехмерные, или пространственно сшитые, полимеры могут находиться лишь в первых двух состояниях. Ряд ученых выделяют пять и более основных состояний полимеров — хрупкое, вынужденно-эластическое, высокоэластическое, вязкоте — кучее, кристаллическое и ориентированное [7, 8].
Хрупкое состояние присуще полимерам в области температур ниже Тхр. При этом стеклообразные аморфные и кристаллические полимеры разрушаются по хрупкому механизму при малых деформациях, соблюдается закон Гука о пропорциональности между силой и деформацией. Механизм разрушения подчиняется теории Г]риффита.
Вынужденно-эластическое стеклообразное состояние наблюдается у полимеров в области температур от Тхр до Тс (зона I, рис. 4.4). Деформации при растяжении в этом состоянии представляют собой сложный процесс. На начальном участке I (рис. 4.5) деформации примерно пропорциональны напряжению. В точке А, когда напряжение достигает значения ав, на-
Г, |
Тг |
Разл. |
Тс ^пл Тт
Рис. 4.4. Типичные термомеханические кривые аморфного (1), кристаллического (2) и сшитого сетчатого (3) полимеров; I, II, III — области стеклоообразного, высокоэластического и вязкотекучего состояний соответственно. 7"Xp — температура хрупкости; Тс — стеклования; Гпл — плавления; Тт — текучести;
T"Da3J1 — начала химического разложения
Аморфного стеклообразного полимера
Зываемого пределом вынужденной эластичности, в наиболее слабом месте образца возникает так называемая «шейка». «Шейка» проявляется в виде местного сужения и утонения материала. При дальнейшем растяжении реализуются большие значения эластических деформаций до тех пор, пока «шейка» не распространится на всю рабочую часть образца (точка В). Такие большие деформации по своей природе являются высокоэластическими, поскольку связаны с изменением конформа — ций макромолекул. На участке III в образце развивается множество микротрещин, которые приводят к разрушению в точке С.
В высокоэластическом состоянии полимер находится в зоне II (см. рис. 4.4), расположенной между Тс и Тт. Его молекулярная подвижность становится настолько большой, что структура в ближнем порядке успевает перестраиваться вслед за изменением температуры, как это наблюдается в жидкостях. Таким образом, разрыву предшествует обратимая высокоэластическая деформация, связанная с ориентацией звеньев цепей макромолекул, а также надмолекулярных образований.
В вязкотекучем состоянии (зона III) выше Тт происходят необратимые пластические деформации, связанные с проскальзыванием макромолекул друг относительно друга.
Отличительной особенностью поведения полимеров является их ярко выраженная зависимость от скорости приложения нагрузки, температуры и длительности нагружения. Под действием механических сил все тела испытывают напряжения и деформации. При их критическом значении или длительном воздействии происходит разрушение. В соответствии с этим различают деформационные и прочностные свойства.
Механические свойства материалов определяют проводимыми по определенным методикам механическими испытаниями. Испытания различают по типам деформации (одноосное и двухосное растяжение и сжатие, всестороннее сжатие, изгиб, сдвиг, кручение, вдавливание и др.), а также по режимам нагружения (постоянная нагрузка или деформация, циклическая нагрузка, удар и др.).
ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО29 ноября, 2012