Экспериментальная часть

1. Градуировка плоской пружины: нагружая пружину известными весами и снимая показания с индикатора выстраивается график прямой зависимости:

50г. – 9 делений

100г. – 19 делений

150г. – 28 делений

200г. – 38 делений

250г. – 48 делений

300г. – 54 деления

350г. – 63 деления

400г. – 72 деления

2. Два образца длинной l₀ = 20мм и шириной а = 4мм с разным временем вулканизации τ₁ = 45мин и τ₂ = 80мин имеют толщину b₁ = 0.79мм и b₂ = 0.78мм

и, соответственно, площадь поперечного сечения S₀₁ = 3.16мм² = 0.0316см² и

S₀₂ = 3.12мм² = 0.0312см² (S₀ = a · b)

3. Деформация образца рассчитывается в терминах относительной деформации ε и кратности растяжения λ; ε = (l-l₀)/l₀ = (40-20)/20 = 1

(l = 2l₀ = 40мм); λ = l/l₀ = 40/20 = 2

4. Зная f и S₀ рассчитывается истинное напряжение в образцах

Выводы:

1. Образец эластомера быстро деформируют на заданную величину и сохраняют в деформированном состоянии.

Провели испытания двух образцов при деформации

Понижение напряжения происходит за счёт теплового движения, при котором распадаются узлы флуктуационной сетки.

Произвели расчёт плотности поперечных связей по величине равновесного напряжения с использованием уравнения классической теории высокоэластичности

2. Начало процесса. В первый момент после растяжения в образце формируются начальные напряжения σ₀ , это соответствует состоянию когда молекулярные клубки развернулись в процессе деформации, а узлы флуктуационной сетки еще не успели распасться и перегруппироваться.

3. I цикл. Постепенно в напряженном образце происходит распад и перегруппировка узлов флуктуационной сетки, а деформированные макромолекулярные клубки стремятся перейти в недеформированные с целью снизить напряжения (плавный спад на кривой). С течением времени происходит полная перегруппировка узлов флуктуационной сетки и макромолекулярные клубки примут состояние, сходное с первоначальным и в этот момент напряжения упадут до нуля (сила изменяется, но деформация и напряжение – постоянны).

Если эластомер пространственно сшит, т.е. наряду с флуктуационной сеткой в нем присутствует сетка химических связей, он релаксирует медленнее нежели линейный. Поэтому в сшитом образце после окончания релаксационных процессов остаются напряжения, обусловленные сопротивление узлов сетки химических сшивок. Это напряжение σ_∞ называется равновесным напряжением.

4. II цикл. При повышении температуры (при помещении образца в термостатирующую камеру) наблюдается увеличение подвижности сегментов макромолекулярной цепи и снижение межмолекулярных взаимодействий, и, как следствие, повышение скорости релаксации, т.е. равновесное состояние достигается быстрее. При повышении температуры сегменты полимера могут преодолеть потенциальный барьер (вращения вокруг одинарных связей интенсифицируются, конформационные изменения увеличиваются: заторможенные конформации с легкостью переходят в бесчисленное количество других, стремясь достичь заслоненной).

Больших отличий в релаксации линейного и сшитого образцов в первом цикле нагревания не наблюдается, т.к. в этом процессе подвижность сегментов увеличена и перегруппировка затягивается. Сшивки же еще больше усложняют перегруппировку и поэтому сшитый образец быстрее приходит в равновесное состояние.

5. III цикл. При охлаждении (термостатирующая камера снимается и полимер остывает при комнатной температуре) движение сегментов и конформационые вращения, как следствия перегруппировки, замедляются. Сильное отличие напряжения в образце от равновесного значения характеризуется большой разницей потенциалов (большой движущей силой релаксационного процесса).

На кривых видны сильные спады напряжений. V цикл аналогичен.

6. IV цикл. Плавное увеличение напряжений обусловлено появлением колебаний относительно оси цепи в результате термостатирования. Существует два типа колебаний: а)очень быстрые колебания малых отдельных звеньев или очень малых групп звеньев, и б) перемещение самых жестких макромолекул. Причем эти колебания происходят независимо друг от друга.

Литература:

1. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.: Высшая школа, 1983.

2. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Курс физики полимеров. ML: Высшая школа. 1976.

3. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.: Лабиринт, 19