16

3.ФИЗИКА ЭЛАСТОМЕРОВ.

Одним из наиболее ценных свойств эластомеров, позволяющих выделить их в особый класс соединений, является способность их к гигантским обратимым деформациям. Это связано со специфической особенностью структуры молекул полимеров, а именно с их гибкостью. В свою очередь гибкость цепных молекул определяется соотношением величины потенциального барьера вращения звеньев и среднего запаса кинетической энергии теплового движения звеньев.

Поэтому способность проявлять высокоэластические деформации реализуется в зависимости от температуры и интенсивности межмолекулярного взаимодействия. Межмолекулярное взаимодействие сказывается тем сильнее, чем более полярен полимер.

Если межмолекулярное взаимодействие очень велико, т полимер при комнатной температуре оказывается твердым и мало деформируемым, т.к. запас тепловой энергии сегментов его макромолекул недостаточен дляпреодоления межмолекулярного взаимодействия, и гибкость молекул в этих условиях не реализуется. Полимер находится в стеклообразном физическом состоянии.

Нагревание стеклообразного полимера приводит к увеличению запас тепловой энергии его сегментов и гибкость молекул увеличивается. Температура, при которой исчезает гибкость макромолекул при охлаждении, называется температурой стеклования. При нагревании выше температуры стеклования полимер переходит в высокоэластическое состояние, в котором уже небольшая сила может вызвать значительные деформации. Дальнейшее нагревание обеспечивает еще большую способность полимера деформироваться под действием той же силы. Начиная с некоторой температуры, называемой температурой текучести, не только сегменты, но и макромолекулы в целом начинают перемещаться друг относительно друга, в полимере возникают процессы вязкого течения, полимер переходит в вязкотекучее состояние.

В зависимости от химического строения все известные виды эластомеров имеют различное межмолекулярное взаимодействие, а их молекулы обладают различной гибкостью. Гибкость цепи любого реального полимера оказывается

недостаточной	для того, чтобы молекулярная			цепь	мгновенно	реагировала
(растягивалась	или	сокращалась) на	приложенную		нагрузку. Вследствие
недостаточной	гибкости полимерных		цепей	при	приложении	к ним си

происходит отставание деформации от напряжения. Причем это отставание будет зависеть от скорости приложения и времени действия силы.

Протекающие во времени процессы перехода из неравновесного состояния в равновесное в результате теплового движения называются релаксационными.

Время ,в течение которого устанавливается статистическое равновесие, называется временем релаксации. Оно будет определяться в первую очередь

структурой	полимера, скоростью	прилагаемой	нагрузки	и	температурой
окружающей среды.

					17
Чем	больше		гибкость		полимерных		, цепейтем быстрее		проходят
релаксационные процессы, меньшая часть механической энергии переходит в
тепловую, и тем выше динамическая выносливость полимерного материала.
В	вулканизатах		различают		релаксационные процессы				двойного:	род
физические и химические.
ФИЗИЧЕСКАЯ релаксация обусловлена тем, что развитие высокоэластичных
деформаций связано с изменениями конфигурации молекулярных цепей,										и
следовательно, с преодолением сил Ван-дер-Ваальсова взаимодействия, что
приводит к отставанию деформации от нагрузки. Эта релаксация наблюдается при
обычной температуре.
Величина		релаксации		зависит		от	препятствий	движению		мо

,создаваемых внутренним трением.

ХИМИЧЕСКАЯ релаксация обусловлена распадом и перегруппировкой химических связей, что приводит к необратимым изменениям молекулярной структуры, и проявляется она при достаточно высокой температуре и длительном времени воздействия силы.

3.1.ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ.

1.Релаксационные процессы в полимерах и их причины.

2.Графическое изображение и условия исследования релаксации деформации и релаксации напряжения.

3.Время релаксации. Зависимость времени релаксации от температуры и энергии активации.

4.Высокоэластичность полимеров. Связь высокоэластической деформации со строением полимеров.

ЛИТЕРАТУРА

1.Тагер А. А. Физикохимия полимеров. - М., 1978. - с.141-145, 149-151. 2.Кулезнев В. Н. Химия и физика полимеров. /В. Н. Кулезнев, В. А.

Шершнев. - М.: Высшая школа, 1988. - 312с

3..2.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА "ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯ".

В	данной работе изучается физическая релаксация напряжения
постоянной деформации. Величина деформации задается.
	МЕТОДИКА РАБОТЫ.
Для	определения релаксации напряжения используются образцы в виде

полосок 100*10*2 мм, вырубленных из пластины вулканизованной резины.

Толщина образца измеряется микрометром в трех точках между метками и берется среднее значение трех замеров.

Образец на динамометре растягивается до заданной величины деформации, после чего мотор выключается. Замечается начальная нагрузка на шкале

18

динамометра. Затем через определенные промежутки времени(10 c,30 с,1 ,5 ,10, 20,30 мин) от начала опыта замеряются показания на шкале динамометра.

Испытания проводятся при двух скоростях динамометра75 мм/мин и 150 мм/мин или при одной скорости при первичном и повторном деформировании

одного и того же образца.
При	каждой	скорости	испытываются	три образца. Величина падения
напряжения	дает	величину	релаксации,	скорость	падения	напряжения

характеризует скорость релаксации.

Для подсчета напряжения применяется формула

P

f =

b0 × h0

где f - напряжение, МПа (кгс/см2);
P - нагрузка (показатель динамометра),Н (кгс );
h0- толщина образца,см;
b0- ширина образца,см.
Результаты оформляются в виде таблицы.
Полученные	результаты	наносятся	на	график,где

откладывается время напряжения,а по оси ординатf/f ,где f

0 0

напряжение, а f -напряжение в любой момент времени. Отношение f/f0 характеризует скорость релаксации.

по оси аб начальное

Студент делает выводы о влиянии скорости деформации или повторного деформирования на релаксацию напряжения.

19

Рабочая запись

N	Толщина	Ширина									Нагрузка, Н (кгс)
образца	образца,	образца,			На-		15		30		1		5	10	15		20		30		60
	см		см
					чаль-		с		с		мин		мин	мин	мин		мин		мин		мин
					ная
					Скорость 75 мм/мин
1.
2.
3.
	Скорость 150 мм/мин или повторное деформирование
1.
2.
3.
					Расчетная запись
N					Напряжение, МПа (кгс/см2)
образца	Начальное		15 с	30 с			1				5		10	15		20		30			60
							мин			мин		мин		мин		мин		мин		мин
					Скорость 75 мм/мин
1.
2.
3.
сред.
	Скорость 150 мм/мин или повторное деформирование
1.
2.
3.
сред.