|
|
|
Главная --> Справочник терминов Процессов деформирования Экспериментальное изучение процессов деформации вязких и вязкоупругих (т. е. обладающих и обратимыми деформациями; см. [49]) систем как в установившемся, так и в переходных режимах производят либо при постоянной скорости деформации, либо при постоянном напряжении сдвига. Для математического описания наблюдаемых кривых течения используются самые различные выражения. Так, в инженерной практике получила, широко? распространение формула Оствальда — де-Вила (V. 12). Область малых напряжений сдвига удовлетворительно описывается, например, формулой Айзеншитца * Дальнейший термодинамический анализ высокоэластических деформаций делается для квазиравновесных процессов деформации. В этом случае применимы уравнения, аналогичные приведенным выше. Что касается неравновесных процессов деформации, то их анализ относится к релаксационным явлениям и, в частности, к термодинамике необратимых процессов в полимерах. В простейших случаях изучение процессов деформации вязко-упругих систем и перехода их к установившемуся режиму течения производится при постоянном напряжении сдвига или при постоянной скорости сдвига. Для описания процесса течения аномально вязких систем используются различные зависимости. В инженерной практике наибольшее распространение получила формула Оствальда — де Вила (6.1). Макромолекулы линейных полимеров характеризуются высокой степенью асимметрии. Поэтому отдельные участки вытянутой молекулярной цепи настолько удалены друг от друга, что взаимное влияние становится ничтожно малым. Вследствие этого некоторые участки молекулярной цепи при растворении (когда подвижность и гибкость цепи возрастает) и при процессах деформации полимера ведут себя как кинетически самостоятельные единицы. Такие участки молекулярной цепи называют сегментами. Размер участка молекулярной цепи, проявляющего кинетическую независимость (сегмента), не является постоянной и зависит от гибкости молекулярной цепи и условий, в которых находится полимер (температура и концентрация раствора, природа растворителя, температура, величина и скорость приложения нагрузки при деформации). Благодаря подвижности отдельных сегментов молекулярной цепи при их тепловом движении макромолекула непрерывно меняет свою форму (конформацию), и так как число возможных кон-формаций изогнутой молекулы очень велико, а вытянутая только одна, то макромолекула большую часть времени имеет изогнутую форму, что очень важно для понимания особенностей свойств растворов и процессов деформации полимеров. Релаксационный характер процессов деформации полимеров приводит к тому, что границы между релаксационными (физическими) состояниями определяются не только температурой, но и прилагаемой нагрузкой (значением, скоростью и длительностью приложения). Поэтому релаксационные состояния называют также деформационными состояниями. В зависимости от характера нагрузки один и тот же полимер при данной температуре может вести себя как упругое, высокоэластическое или пластическое (текучее) тело. При действии «быстрых» сил -ударной нагрузки - главным образом проявляется упругость, а в случае «медленных» сил - текучесть. Полимер, яааяющийся при данной температуре высокоэластическим, при большой скорости приложения кратковременных нагрузок ведет себя как упругое тело (явление механического стеклования), а при длительно действующей силе обнаруживает текучесть. Жидкий полимер может в определенных условиях проявить высо-коэластичность и даже упругость. Все уравнения справедливы для равновесных процессов деформации макромолекулы. Неравновесные процессы в полимерах рассматриваются в других разделах книги. Релаксация напряжения и ползучесть относятся к квазистатическим режимам деформации, если скорость процессов деформации мала. В этом случае теория линейной вязкоупругости приводит к следующим формулам. Последовательность технологических операций производства резиновых изделий представлена на рис. 2.1. В большинстве основных (рабочих) процессов производства резиновых изделий перерабатываемый материал подвергается деформированию, при этом в нем могут возникать значительные напряжения (до нескольких десятков мегапаскалей), которые передаются рабочим деталям и узлам перерабатывающих машин. При теоретическом описании рабочих процессов деформации и течения полимерных материалов (резиновых смесей) для определения оптимальных энергосиловых характеристик и управления процессом обычно используется теория математического моделирования, аппарат механики сплошных сред и современные методы решения оптимизационных задач. но с образованием трещин даже при внешне хрупком разрушении. Из-за вынужденно-эластической деформации трещины раскрываются достаточно широко (на 0,5 мк и больше). Чем больше влияние релаксационных процессов деформации, тем шире раскрываются трещины. Так как скорость релаксации экспоненциально растет с напряжением, то релаксационные процессы существенно влияют и на величину перенапряжений в вершине трещин. Процессы релаксации приводят к уменьшению перенапряжений в вершинах наиболее опасных микротрещин. Это препятствует преимущественному росту какой-либо отдельной трещины и отчасти объясняет постоянство скорости роста трещин «серебра». Обычные трещины разрушения, развивающиеся при больших нагрузках и низких температурах (ниже Тхр.) в отличие от трещин «серебра», растут с ускорением. 87. Ребиндер П. А. Физико-химические исследования процессов деформации твердых тел. Юбилейный сборник, посвященный 30-летию Октябрьской революции. Т. 1. М., Изд-во АН СССР, 1947, с. 533. Для понимания процессов деформации наполненных полимеров большое значение имеет изучение деформируемости при больших напряжениях. Для этого случая на примере наполненных стеклянными бусинками композиций поливинилхлорида было установлено [278], что выше некоторого критического значения удлинения начи- При анализе процессов деформирования полимеров в высокоэластическом состоянии подвижность кинетических элементов .структуры (сегментов) принимается аналогичной подвижности частиц идеальных газов. Это допущение оказывается справедливым для деформаций не более 50%. Большие деформации, характерные для полимеров в высокоэластическом состоянии, реализуются за счет не только евэ, но и еу и еп (см. рис. 3.7). Эти деформации обусловливают изменение не только А^, но и энтальпии полимера ЛЯ. Экспоненциальные ядра широко применяются при решении .практических задач. Но это не единственный способ аппроксимации характеристических функций. К настоящему времени предложено несколько вариантов записи ядер релаксации и ползучести для устойчивых процессов деформирования. Эти ядра подбираются таким образом, чтобы учесть наличие бесконечно большой скорости деформирования пли релаксации в начальный момент нагружения, когда t ->• 0, и конечную функцию процесса ТВА предоставляет возможность прогнозирования процессов деформирования путем проведения опытов в более жестких условиях — при повышенных температурах. Условия соблюдения ТВА сводятся к тому, что модуль Юнга Е и длительный модуль упругости ЕВ, или соответствующие им мгновенная i/E и равновесная Для конкретного материала [т. е. для определенных значений Е и ядра f(tK—т) =/(<»)] при заданном значении сгн время деформирования ^д полностью определяется историей деформации е(/д). Рассматривая совокупность произвольных процессов деформирования (при условии возрастания деформации со временем), из выражения (1.3) можно заключить, что напряжение^ ре-лаксирующее при постоянной деформации е0, равной любому из достигаемых значений е(?д), меньше, чем в любом другом режиме, приводящем к той же деформа- цепи в вершине трещины под действием высокой концентрации напряжений растягиваются вплоть до их разрушения. В связи с этим почти все теории разрушения, используемые для объяснения прочности полимеров, указывают на связь между вязкоупругими (релаксационными) и прочностными свойствами [27]. Действительно, вязкоупругие свойства, обусловленные релаксационными процессами, протекающими в полимерах, во многих случаях влияют на скорость процесса разрушения. Причина этого заключается в том, что скорость разрушения зависит от упругих свойств полимера и механических потерь, возникающих при разрушении. Естественно, что механические потери, обусловленные различными видами молекулярного движения, в значительной степени влияют на прочность полимеров. Более того, изменение вида молекулярного движения (а следовательно, « вида релаксационных процессов, протекающих в полимере) при изменении температуры иногда приводит к изменению механизма разрушения полимеров, а следовательно, и характера температурной зависимости прочности. Именно так обстоит дело при переходе полимера из стеклообразного в высокоэластическое состояние. В высокоэластическом состоянии, где реализуется сегментальное движение полимерных цепей, процесс разрушения, по-видимому, принципиально неотделим от процессов деформирования и имеет релаксационный характер. Так как релаксационные процессы в полимерах, обусловленные молекулярным движением, существуют вплоть до очень низких температур [28] (а в некоторых полимерах и до ОК), то очевидно, что «х влияние на прочностные свойства может быть обнаружено не только в области высокоэластического состояния. 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА — ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ, РАЗРУШЕНИЯ И ОБРАЗОВАНИЯ Изложенные выше представления об упругих телах, вязких жидкостях и линейных вязкоупругих средах являются теоретическим фундаментом современных концепций реологических свойств-полимеров. Они основаны на модельном описании поведения полимеров как сплошных сред в простейших условиях деформирования. -Так, модель упругого тела описывает совокупность равновесных состояний среды, модель вязкой жидкости — поведение материала в установившемся сдвиговом течении, модель вязкоупругого тела с линейной зависимостью между напряжениями и деформациями — различные режимы деформирования при малых (стремящихся к нулю) напряжениях, деформациях и скоростях деформаций. Все эти случаи являются крайними из многообразия возможных процессов деформирования, но вместе с тем они являются важнейшими, так как любые сложные теории реологических свойств полимерных систем должны удовлетворять закономерностям их поведения в указанных простейших условиях. Рассматривая прочностные и деформационные свойства сетчатых полимеров, мы не будем касаться всех аспектов многогранной проблемы, так как это выходит далеко за рамки настоящей книги. Мы сосредоточим свое внимание главным образом на тех сторонах, которые связаны с проявлением именно сетчатого строения полимеров, т. е. с особенностями их топологической организации. Общие вопросы, касающиеся механизма процессов деформирования и разрушения полимеров, были предметом многочисленных работ, которые к настоящему времени обобщены и систематизированы в ряде обзоров и монографий [2, 9, 10, 81—94]. Целый ряд работ был направлен на выяснение специфики процессов разрушения и деформирования полимеров в связи с их топологической структурой, что с точки зрения возможности сопротивления полимерного тела действию внешних сил должно проявляться в уровне связности полимерных цепей между собой. Этот уровень определяется, как мы уже упоминали, наличием межмолекулярного взаимодействия цепей, наличием химических связей между цепями, наличием переплетений, захлестов макромолекул. Проявление тех или иных связей между цепями зависит от условий приложения внешнего механического поля 3. Особенности процессов деформирования 3. Особенности процессов деформирования и разрушения густосетчатых полимеров в стеклообразном состоянии . . 235 Принцип суперпозиции Больцмана. Материалы, для которых зависимость между напряжениями и деформациями включает время, называют вязкоупругими. К таким материалам относят прежде всего полимерные материалы и их композиции. Для .описания процессов деформирования вязкоупругих материалов Больцман разработал теорию наследственной вязкоупругости, основанную на принципе суперпозиции. Он использовал две гипотезы.  Присутствии вторичного Предварительное испытание Присутствует некоторое Притягивать электроны Приведены характерные Преимущественно используют Приведены параметры Приведены полученные Приведены следующие |
- |
Навигация