Главная --> Справочник терминов


Эластическая турбулентность При малых деформациях амплитуда практически не влияет на Гм и ее следует рассматривать как условную температуру, при которой теряется высокоэластичность полимера при конкретных условиях испытания (частоте внешнего воздействия). При достаточно больших напряжениях (влияющих на время т и изменяющих структуру полимера) возникают качественно новые явления (вынужденно-эластическая деформация и разрушение).

Термофлуктуационный механизм осложняется тем, что релаксационные процессы проявляются в полимерах тем отчетливее, чем выше температура. Так, по мере перехода к высоким температурам в микрообъемах перенапряжения проявляется вынужденная эластическая деформация. Вначале этот релаксационный процесс приводит к высокоэластическим деформациям в местах концентрации напряжений, главным образом у вершины микротрещин (термо-флуктуационно-релаксационный механизм), а затем при более высоких температурах — к образованию трещин «серебра», стенки которых связаны между собой микротяжами (релаксационный локальный механизм разрушения). Выше температуры стеклования в высокоэластическом состоянии господствующими являются релаксационные процессы и механизмы разрушения приобретают резко отличительные черты (в табл. 11.2 — вязкоупругий механизм разрушения). Здесь в местах концентраций развивается локальное вязкое течение, которое приводит к образованию так называемых «надрывов», являющихся аналогами трещин в хрупком состоянии. На схеме прочностных состояний (рис. 11.4) указаны области действия различных механизмов разрушения некристаллических полимеров, а также область «пластического» состояния между температурой пластичности Тп и температурой текучести Гт. Разрушение в

Удлинения, возникающие на участке // кривой растяжения 2, после снятия нагрузки уменьшаются незначительно. Так как без приложения внешних напряжений тепловое движение в полимерном стекле не способно заметно изменять конформации макромолекул, фиксированные молекулярными взаимодействиями, то уже развившаяся вынужденно-эластическая деформация после снятия нагрузки оказывается фиксированной. Однако при нагревании полимера выше Тс, когда подвижность участков макромолекул возрастает, вынужденно-эластическая деформация полностью релак-сирует.

При приложении к полимеру внешней деформирующей силы деформация развивается в зависимости от времени действия этой силы. В начале действия силы перемещаются сегменты, не входящие в состав узлов сетки. Это подтверждается приведенными выше значениями времени оседлой жизни сегментов, не входящих в узлы сетки (малые доли секунды). В результате перемещения этих «свободных» сегментов клубкообразная форма макромолекул, характерная для исходного равновесного состояния, искажается, макромолекулярные клубки оказываются вытянутыми в направлении действия силы. Время оседлой жизни «связанных» сегментов, т. е. входящих в узлы сетки, более велико; это значит, что они вначале не распадаются и целостность структуры флуктуационной сетки сохраняется. Если снять деформирующую силу, то сегменты возвратятся в исходное состояние. Таким образом деформация, возникающая при малом времени действия силы, оказывается обратимой. Это эластическая деформация.

Два важных (.остоятельства отличают вязкоупругость полимеров от вязкоупругости низкомолекулярных тел. Во-первых, масштаб времени. Для обнаружения упругости воды нужна очень большая скорость действия силы, для обнаружения вязкой деформации льда нужно очень большое время. Полимеры обнаруживают вязко-упругую деформацию при обычных временах действия силы. Во-вторых, масштаб упругой деформации. Упругая деформация до разрушения в низкомолекулярных телах составляет доли процента или несколько процентов. В полимерах упругая (эластическая) деформация может составлять десятки, сотни, а то и тысячи процентов. Условия проявления такой большой упругой деформации мы разберем ниже.

* Как эластическая, так и упругая деформация являются видами обратимой деформации. Первое понятие чаше применяют для характеристики больших обратимых деформаций в полимерах (десятки и сотни процентов), а второе — для малых обратимых деформаций твердых тел (доли процента или несколько процентов). Это деление условно: в английском языке, например, обоим понятиям соответствует единый термин elastic.

Анализируя с позиций термодинамики равновесные процессы деформации эластомеров, следует иметь в виду, что понятие «равновесный» относительное, если его характеризовать с точки зрения времени, необходимого для достижения равновесия. Так, в системе с подвижными молекулами (или сегментами) равновесие устанавливается достаточно быстро, а в системе с малоподвижными элементами структуры может вообще не быть достигнуто. Это становится особенно ясным при учете представлений о вязкоупругости: чем выше вязкое сопротивление перемещению сегментов, тем медленнее развивается эластическая деформация.

макромолекулярных клубков, тем меньше остающееся в образце напряжение. Это видно из кривой / на рис. 9.1. Через определенный промежуток времени происходит перегруппировка всех напряженных узлов флуктуационной сетки, что дает возможность клубкам макромолекул перейти в прежнее свернутое, статистически наиболее вероятное состояние. В этот момент напряжение в образце падает до нуля, а структура образца становится такой же, как и до растяжения. Но сама деформация растяжения не изменилась— она по-прежнему равна 100%. Это может произойти только в том случае, если в процессе сворачивания клубков и перегруппировки узлов флуктуационной сетки клубки одновременно смещались относительно друг друга. Такой процесс есть процесс течения макромолекул, Теперь после освобождения образца из зажимов динамометра он более не сократится. Эластическая деформация в 100%, которой был подвергнут образец вначале, вся перешла в деформацию течения.

На том же рис. 9.4 приведена кривая ползучести идеального сетчатого эластомера (кривая 2): в нем не возникает необратимая деформация из-за наличия прочных химических связей, исключающих взаимное перемещение макромолекул. Эластическая деформация осуществляется лишь в той мере, в какой позволяет сетка химических связей: ползучесть развивается, достигая предела. После разгрузки образец сокращается до первоначальных размеров.

где бобр — замедленная эластическая деформация, исчезающая при последующей термообработке образца, а енеобр — истинно необратимая деформация, не исчезающая при выдержке в условиях повышенной температуры. Особенно велика енеобр при больших деформациях, развивающихся в цикле, а также велика для невулканизованных эластомеров, не имеющих пространственной сетки химических связей. При определении гистерезисных потерь в резинах значение е, (см. рис. 9.10) составляет обычно 100, 200 или 300% в зависимости от качества резины или цели испытания. Тогда значение остаточной деформации Е2 в зависимости от свойств пространственной сетки химических связей колеблется от нескольких процентов до десятков процентов.

этом значительная вынужденно-эластическая деформация не исчезает в стеклообразном полимере после снятия нагрузки, хотя и обусловлена развертыванием молекулярных клубков под действием внешнего деформирующего усилия. Охлаждение полимера да температуры ниже Тс может привести и к потере способности к вынужденно-эластической деформации — полимер перейдет в хрупкое состояние. Существенно важной чертой полимерных стекол является то, что и при Т<.ТС в них самопроизвольно происходят релаксационные переходы, связанные с перемещением молекулярных группировок, меньших, чем размер сегмента. Это приводит к ди^сипа-ции энергии, в том числе и энергии удара, и делает полимерны^ стекла существенно более стойкими к удару по сравнению с низкомолекулярными силикатными стеклами.

4.3.5. Эластическая турбулентность181

4.3.5. Эластическая турбулентность

С введением наполнителей заметно меняется характер течения эластомеров, возрастает аномалия вязкости и тем значительнее, чем активнее наполнитель, возрастают критические значения напряжения и скорости сдвига, т. е. тк и YK> ПРИ которых наблюдается эластическая турбулентность и неустойчивое течение. В табл. 1.2 приведены для примера реологические характеристики резиновых смесей, содержащих 50 масс. ч. технического углерода различных типов.

Следует подчеркнуть, что это явление связано с температурой материала, давлением в головке червячной машины и со скоростью течения материала по профилирующему каналу. В отечественной литературе это явление имеет более точное название: «эластическая турбулентность».

Эластическая турбулентность 34, 37 Элеваторы 358 Электротали 365, 366

(при у^ЮО с"1) после выхода на стационарный режим деформирования появляется другая форма неустойчивости. Ламинарный поток при течении эластомеров нарушается, и возникает эластическая турбулентность — нерегулярное течение с надрывами поверхности экструдируемой ленты или шнура или полным разрывом экструдата при некоторых критических скоростях. Шприцованные изделия выходят шероховатыми, имеют рваные кромки и зазубрины. Проблема устойчивости потока, скольжения и нарушения сплошности при течении эластомеров крайне сложна [5,6, 33, 34].

Показано [34], что увеличение содержания активного и особенно структурного технического углерода ведет к уменьшению» эластической восстанавливаемости .смеси. При одинаковых дозировках усадка смесей, наполненных высокоструктурным техническим углеродом, меньше усадки смесей, наполненных техническим углеродом пониженной структурности [34]. Наполненные смеси. характеризуются большой устойчивостью потока при шприцевании! и увеличении критического напряжения сдвига, после которого возникает эластическая турбулентность. Аномальное поведение смесей на вальцах менее вероятно для наполненных техническим углеродом смесей эластомеров.

Считают, что оптимальным условием шприцевания резиновых смесей является скольжение смеси по червяку и частичное ее прилипание к корпусу экструдера [20]. Следовательно, в этом случае необходимо тонко регулировать адгезионно-фрикционное взаимодействие. Чередование отрывов с прилипанием и так называемое релаксационное скольжение и эластическая турбулентность [21, 22] при больших скоростях обработки в головке экструдера может привести к ухудшению гладкости поверхности шприцуемой резиновой заготовки (например, протектора), нарушению ее сплошности, появлению рваных кромок и других дефектов, т. е. к браку заготовок.

При сдвиговой деформации вискоз, как любых упругих тел, возникают нормальные напряжения. Они являются причиной ряда явлений, наблюдаемых у вязкоупругих жидкостей, и в том числе у вискоз. Это — подъем раствора вдоль вертикально вращающегося цилиндра (эффект Вейсенберга), расширение струй (эффект Баруса), нарушение равномерности течения струй (эластическая турбулентность). Схема возникновения нормальных напряжений показана на рис. 5.16. Элементарный объем подвергается простому сдвигу. Деформация у = а/Ь. При этом возникает касательное напряжение t и вследствие упругости материала'—три нормальных составляющих — РЦ. Р22 и Р33. Составляющая Рп действует в направлении сдвига и проявляется, например, в упрочнении вытекающих струй; напряжение Р22 действует перпендикулярно движущемуся потоку и выражается в дополнительном давлении на стенки трубопроводов; составляющая Р3з действует перпендикулярно плоскости чертежа и на рисунке не обозначена.

11.6. Дробление поверхности экструдата («эластическая турбулентность») .. 96

II.6. ДРОБЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЭКСТРУДАТА (ЭЛАСТИЧЕСКАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ)




Электронов гетероатома Электронов принадлежащих Электронов значительно Электроно акцепторного Элементарных процессов Элементов периодической Элементов симметрии Элиминирования протекают Эмпирическая зависимость

-
Яндекс.Метрика