Высокоэластичность полимеров
Основное отличие каучуков от кристаллов и стекол — это способность обратимо деформироваться на сотни процентов, и именно это свойство и называют высокоэластичностью. Высокоэластическое состояние имеет место только у полимеров и обусловлено гибкостью их макромолекул. Упругая деформация связана с изменением средних расстояний между атомами (т.е. с ориентацией и перемещением звеньев гибких цепей без изменения среднего расстояния между цепями) и именно поэтому она очень маленькая. Высокоэластическая деформация полимеров не может быть равновесной, поскольку состоянию покоя соответствует свернутая в клубок форма макромолекул. Уменьшение напряжений при фиксированной деформации упруговязкого тела получило название — релаксация напряжений.
Скорость сдвига. Напряжение сдвига вызывает картину послойного распределения скоростей в слое жидкости. Градиент скорости называют скоростью сдвига, величина которой пропорциональна напряжению при сдвиге. Отношение напряжения к скорости сдвига определяет величину динамической вязкости.
Характеристики высокоэластичности
Текучесть. Зависимость высокоэластической деформации от времени позволяет оценить релаксационные свойства полимерного материала. Для описания процессов течения используют параметры скорости сдвига и напряжения сдвига по фазе с деформацией и отличающуюся от Нее по фазе на 90°. Векторы напряжения и деформации смещены относительно друг друга на угол 5. Разделив компоненты вектора напряжения на абсолютное значение деформации, получаем модуль в виде двух слагаемых.
- действительный модуль Е при растяжении, действительный модуль при сдвиге G;
- мнимый модуль ЕХ при растяжении, мнимый модуль при сдвиге Ga;
- угол потерь, который обычно выражают через тангенс угла потерь.
Тангенс угла потерь характеризует соотношение между рассеянной энергией (в виде тепла) и сохраняемой энергией (восстанавливаемой) в процессе деформации. Этот параметр характеризует способность материала к амортизации напряжений.
Специфика высокоэластичных свойств
Больцман предположил при оценке поведения полимерного материала использовать принцип суперпозиции, согласно которому деформация состоит из деформации, развивающейся за определенное время под действием определенного напряжения, а также из деформации, которая дополнительно развивается за некоторый отрезок времени под действием некоторого фиксированного напряжения. Таким образом, в каждый момент времени на деформацию, развивающуюся к тому моменту, накладывается дополнительная деформация, обусловленная дополнительным напряжением. Принцип температурно-временной суперпозиции предложил Либерман.
Ценность принципа суперпозиции. Оба принципа наложения анализировались в рамках концепции линейной вязкоэластичности: небольшие деформации «однородных» материалов, изотропных с точки физических свойств и неструктурных (аморфных). Обобщение областей их применения в случае, к примеру, больших деформаций может привести к абсолютно ошибочным объяснениям и предположениям.
Принцип наложения. Принцип температурно-временной суперпозиции позволяет получить зависимость механических свойств от частоты в очень широком диапазоне температур. В соответствии с этим принципом влияние
температуры и времени на вязкоупругие свойства эквивалентны (т.е. свойства зависят от всей истории нагружения).
Если в процессе эксплуатации клеевого соединения в течение некоторого промежутка времени на него не действует нагрузка, из этого, в соответствии с принципом суперпозиции, вовсе не следует, что при расчете его долговечности не следует учитывать ранее действующие факторы нагрузки. Все нагрузки должны суммироваться и учитываться при расчетах надежности и долговечности клеевого соединения.
Принцип температурно-временной суперпозиции. Предположим, что нагрузки, температура и продолжительность их воздействия оказывают одинаковое влияние на механические свойства полимерных материалов (модули и угол потерь).
Полимерный материал может быть жестким и эксплуатироваться при температуре ниже температуры стеклования, при этом находится под воздействием различных нагрузок, ударных, или циклических, или же, наоборот, эксплуатироваться при температурах выше температуры стеклования и нагружаться медленно с очень низкой частотой (она может быть даже постоянной).
Релаксационные явления при циклических деформациях. Применение все более точных приборов для исследований позволяет получать характеристики материалов. Если использовать эти образцы в качестве моделей склеенных швов, то при объяснении результатов опытов следует быть очень осторожными. Это связано с тем, что при данных испытаниях нет возможности учесть влияние технологии склеивания.
Загрузка ...