ромолекулу настільки велика, що перевищує енергію розриву хімічних зв'язків в основному ланцюзі. Тому термодеструкція полімеру йде легше, ніж перетворення його в газоподібний стан. Оскільки полімери не випаровується, то міжмолекулярної взаємодії оцінюють не теплотою випаровування, а щільністю енергії когезії або параметром розчинності. Таким чином, особливості молекулярної і надмолекулярної структури полімерів проявляються в характерній тільки для них залежності властивостей від температури і обумовлюють можливість існування їх у трьох фізичних і тільки двох агрегатних станах.
При експлуатації вироби з полімерів піддаються впливу розтягування, зсуву та об'ємного стиснення (рис.2). У першому випадку деформацію оцінюють ступенем розтягування?=L/l про і відносним подовженням при розтягуванні? =(l - 1)/l про =? l/l о. При зсуві деформація? =? l/l про і відстань l про не змінюється, а при об'ємному стисненні (наприклад, гідравлічне стиснення) деформація оцінюється за коефіцієнтом стисливості? =? V/V o.
Рис.2. Види деформацій полімерів: а - розтягнення; б - зрушення; в - об'ємне стиснення.
При розтягуванні зразка полімеру миттєве подовження d? `= dl/l; ? `= Lnl/l o. Якщо зразок довжиною 1 см подовжився на 1 см, то? =? l/l про=1/1=1 (тобто 100%). Тепер зразок став довжиною 2 см; знову подовжуємо його на? l/l=1 см. Загальна подовження зразка стало 2 см. Тепер? =? l/l про=2/1=2 (тобто 200%), а миттєве подовження? `=? l/l=1/2=0,5 (тобто 50%). Відмінності між подовженнями? `І? показують, що при постійній швидкості руху затиску динамометра швидкість фактичної деформації зменшується з часом, що можна помітити тільки при великих деформаціях (табл. 1). Якщо радіус циліндричного зразка в початковому стані дорівнює ro, а зовнішня деформуюча сила - Р, то в розрахунку на вихідне перетин (? Ro 2) напруга f=Р /? r o 2. При подовженні в два рази сила Р діє на вдвічі менший перетин, викликаючи вдвічі більшу напругу. У розрахунку на істинне перетин напругу? =Р/(? R 2) при? =? f.
Таблиця 1. Залежність миттєвого й істинного подовжень від відносного подовження при деформації розтягування:
Відносить. подовження? =? l/lоМгновенное подовження? l/lІстінное подовження? `= lnl/lo0,01 (1%) 0,01 (1%) 0,01 (1%) 0,2 (20%) 0,167 (16,7%) 0,182 (18,2% ) 1,0 (100%) 0,5 (50%) 0,693 (69,3%)
При різних видах деформації виконуються наступні співвідношення: розтягнення? =Е? (закон Гука), де Е - коефіцієнт пропорційності між? і? , Званий модулем Юнга; зрушення? =G? , Де G - модуль зсуву; об'ємне стиснення р=В. ? V/V o, де В - модуль об'ємної пружності. Пружні коефіцієнти зв'язані між собою співвідношеннями: G=Е/2 (1+?); В=Е/3 (1-2?), Де?- Коефіцієнт Пуассона. При?=0,5 модуль Е=3G. Нижче наведені значення модуля Юнга для деяких матеріалів в Па (ГПа): мідь - 1,2. 10 11 (120); полістирол - 3. 10 9 (3); м'яка гума - 2. 10 6 (0,002).
При лінійної пружності модуль Юнга (Е) визначають як тангенс кута нахилу залежності?-? (Tg?). При нелінійної пружності він у процесі розтягування частіше зменшується, і в цьому випадку користуються величиною миттєвого (початкового) модуля, який визначають як tg кута нахилу дотичної до цієї кривої на початку координат. Іноді його визначають як тангенс кута нахилу дотичної до цієї кривої в точці, що відповідає даним подовженню. Модуль Юнга є мірою жорсткості матеріалу. Величина, зворотна йому (J=1/E), є мірою деформируемости матеріалу і називається піддатливістю. Коефіцієнт Пуассона при розтягуванні є відношенням зменшення поперечних розмірів зразка до збільшення його поздовжніх розмірів. Якщо циліндр завдовжки lo і радіусом r зменшується на? r, тоді відносне подовження одно? l/l о, а відносне зменшення радіуса -? r/r о. Якщо обсяг зразка не змінюється, то? l/l про=2 (? r/r о), тобто відносне зростання довжини дорівнює відносному скороченню поперечних розмірів. Тоді коефіцієнт Пуассона?=(? R/r о)/(? L/l о)=0,5. У випадку ідеальної пружності (невиповненість гума)? =0,5; для слабонаполненной гуми?=0,49. У пластмасах розтягнення веде до зміни структури матеріалу, включаючи відстані між макромолекулами, і?=0,2-0,4. У низькомолекулярних рідинах пружність відсутній, і?=0.
. Термодинаміка високоеластичної деформації
Здатність оборотно деформуватися на десятки і сотні відсотків є унікальною властивістю еластомерів і вірною ознакою високомолекулярної природи досліджуваного зразка. Механізм прояви еластичності можна зрозуміти, досліджуючи його термодинамічним методом.
Нехай зразок еластомеру довжиною l 0 під дією напруги f подовжився на величину dl. Для спрощення виключимо явища в'язкопружності, забезпечуючи чинному напрузі достатній час для досягнення рівноважної деформації. Щоб за...
