Ползучесть

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова"

Кафедра ФХП

Лабораторная работа №2

«Ползучесть»

Студентка: Шульженко М.Г.

Группа: ВХТ-41

МОСКВА 2015

Цель работы:

Определение интервала линейной вязкой упругости для полимера винилацетата и этилена

Объекты исследования:

Образец из полимера винил ацетата и этилена имеют форму цилиндра с диаметром 10мм и высотой 10мм.

Оборудование и материалыТеоретическая часть:

Ползучестью называют процесс увеличения деформации материала во временипод действием постоянного истинного напряжения. Процесс ползучести может осуществляться под действием напряжения растяжения, сжатия, сдвига, а также в сложнонапряженных состояниях, включающих совместные действия указанных простых видов нагружения.

Вязкоупругость, или замедленное развитие упругих деформаций в полимерах-наиболее характерная черта их свойств. Это значит, что деформация, развивающаяся в полимере под действием нагрузки, зависит от времени, прошедшего от начала нагружения, то есть от скорости нагружения.

Если экспериментально полученные значения отношения к деформации являются функциями только времени,но не самого напряжения или деформации, то можно считать, что тело ведет себя линейно вязкоупруго.

При небольших деформациях одноосного растяжения эластомеров и сжатия обычно поведение материала подчиняется законам линейной вязкоупругости.

Принцып суперпозиции Больцмана.

Математической формулировкой теории линейной вязкоупругости является принцип суперпозиции Больцмана. Он гласит, что в области линейной вязкоупругости все воздействия на материал просто адитивны, как и в класической теории упругости. Но отличие от последней состоит в том, что для вязкоупругих сред существенно, в какой момент имело место это воздействие.

Так, ползучесть образца есть функция всей предыстории нагружения образца, а каждая ступень нагружения дает независимый вклад в конечную деформацию. Поэтому полная деформация в течениие всего времени воздействия может быть получена простым суммированием всех вкладов. Экспериментальное доказательство приминимости суперпозиции Больцмана означает, что материал при данных условиях характеризуется линейно вязкоупругим поведением

Ползучесть в любое время зависит от податливости как функция времени, которая является характеристикой полимера при заданной температуре и от начального напряжения.

Во многих случаях практического применения полимерных материалов, несмотря на то что деформации вплоть до разрушения изделия остаются обратимыми, закономерности вязкоупругого поведения не удовлетворяют тем требованиям линейности, которые налагаются принципом суперпозиции Больцмана. Это может быть обусловлено различными причинами. В первую очередь следует учитывать, что принцип суперпозиции относится к малым деформациям, поскольку по смыслу его определения речь идет о наложении эффектов, связанных с действием малых деформаций, и этот подход не распространяется на большие деформации. Указанное ограничение относится, в частности, к синтетическим волокнам, деформации которых превышают 10 % или, в особенности, к эластомерам, которые могут подвергаться деформациям, достигающим сотен процентов.

Нелинейность при ползучести связана с очень большими отклонениями от принципа суперпозиции Больцмана для упругого последействия, которые в значительно меньшей степени наблюдаются для сшитых каучукоподобных полимеров при больших деформациях. Хотя в строгом смысле слова эти опыты не являются опытами по упругому последействию, так как образцы предварительно выдерживались при постоянной деформации, а не при постоянном напряжении, ясно, что упругое последействие уменьшается значительно медленнее при больших деформациях, причем несколько быстрее при более коротких временах выдержки при начальной деформации.

Логическое обобщение изложенной выше теории, что необходимо для анализа большинства экспериментальных данных, состоит в рассмотрении более сложных моделей, которые включали бы не одно, а дискретный или непрерывный набор времен релаксации. Линейность связи между напряжением и деформацией все еще предполагается, и считается справедливым принцип суперпозиции Больцмана. Модель может состоять из ряда отдельных максвелловских элементов, размещенных параллельно, или из ряда элементов Кельвина - Фойхта вместе с простым упругим элементом, размещенных последовательно.

Релаксационный модуль в определенном интервале времени может не зависеть от деформации. При больших начальных деформациях напряжение ( или релаксационный модуль) уменьшается быстрее, чем следует из принципа суперпозиции Больцмана, который при этом становится неприменимым.

Экспериментальная часть:

Для оценки ползучести эластомеров в режиме сжатия может быть использован консистометр Геплера.

Консистометр Гепплера

Прибор состоит из измерительного цилиндра (1),внутри которого находится исследуемый продукт (3), поршня (2), штока (4), передающего усилие давления, устройства (5), создающего давление, включающее грузы, поворотного рычага и установленного на нем балансира, термостата (7), индикатора часового типа (10) для измерения перемещения поршня и установочных винтов.

Испытания проводятся следующим образом. Образец продукта, взвешенный с заданной точностью (например, от ±0,05 до 0,1 %), укладывают в цилиндр, в него вводят поршень и подвергают термостатированию. Для удаления воздуха продукт подпрессовывается или вакуумируется. Начальную высоту продукта в цилиндре измеряют после подпрессовки. Затем на рычаг навешивают контрольный груз и с помощью индикатора производят замер перемещения поршня. Замер величин абсолютных деформаций продукта производят через 20 сек или непрерывно. Рабочие пределы изменения давления у консистометра Геппляра от 1,56·10 до 15,6·10 Па. Максимальное время, необходимое для достижения равновесного состояния равно 180 сек, что примерно соответствует периоду релаксации для многих пищевых продуктов. Затем нагрузку снимают. По результатам измерений вычисляют относительные деформации, строят кинетические зависимости.

Параметры образца
	1		2	3	4	5	6
h0, mm	10,00		10,00	10,00	10,00	10,00	10,00
d0, mm	10,00		10,00	10,00	10,00	10,00	10,00
S0, sq. mm	78,50		78,50	78,50	78,50	78,50	78,50

Выборка
τ, min	f, kgs	ε, %	ε	λ	σ, МПа
0,17	3	10,8	0,108	0,892	34,09
	4	13,2	0,132	0,868	44,23
	5	22,8	0,228	0,772	49,17
	7	32,4	0,324	0,676	60,28
	8	47,2	0,472	0,528	53,81
	10	60,5	0,605	0,395	50,32
1	3	11,40	0,114	0,886	33,86
	4	14,40	0,144	0,856	43,62
	5	24,00	0,24	0,76	48,41
	7	34,40	0,344	0,656	58,50
	8	50,90	0,509	0,491	50,04
	10	62,50	0,625	0,375	47,77
12	3	12,90	0,129	0,871	33,29
	4	16,20	0,162	0,838	42,70
	5	26,30	0,263	0,737	46,94
	7	37,50	0,375	0,625	55,73
	8	56,00	0,56	0,44	44,84
	10	67,20	0,672	0,328	41,78

По эксперементальным данным и составе образца можно сделать вывод, что этиленвинилацетат —линейный сшитый высокоэластичный полимер относится к полиолефинам, получается в результате сополимеризации этилена и мономера винилацетата. Лёгкий и упругий материал, обладающий хорошими амортизирующими свойствами, превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам.