2. Экспериментальная часть

2.1 Объект эксперимента

В данной работе мы рассматриваем деформацию полиметилакрилата.

Полиметилакрилат, тип пластмассы (из группы синтетических производных одной из ненасыщенных ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ) с короткой цепочкой. Изменяя реагенты и методы формовки, можно получить продукт либо твердый и прозрачный, либо мягкий и упругий, либо жидкий. В промышленности получают атактический полиметилакрилат, методом радикальной полимеризации. Изотактический полиметилакрилат получают в лаборатории с помощью анионной полимеризацией метилакрилата при температурах от -60 до -80°С.

Прозрачность, прочность и стабильность размеров получаемых изделий делают акрилы полезными для изготовления деталей способом литья в формах, линз, клеев и красок.

Полиметилакрилат имеет следующие характеристики:

• Хорошие механические свойства;

• Подходит для термообработки;

• Малый вес в сочетании с большой прочностью;

• Устойчив к ультрафиолетовому излучению (UV).

Диапазон рабочей температуры от –40 до +80°C

2.2 Методы исследования

Кривые ДТМ получают на приборе Александрова-Гаева, работающем в режиме деформации сжатия и температурах от -180 до +200°С. Основные его узлы схематически изображены на рисунке 1.

Суть нашего исследования заключается в том, что деформация, D (D –

податливость, равна обратному модулю упругости: D=1/E) измеряется при разных частотах ω₁, ω₂, ω₃, ω₄ и при постоянном нагреве образца.

3. Результаты и из обсуждения

Данные, полученные при исследовании полиметилакрилата, внесем в табл.1

Таблица 1.

Температура		Деформация D при частоте вращения (ω)
mV	°C	ω=0,015 c^-1	ω=0,15 c^-1	ω=1,5 c^-1	ω=15 c^-1
11	6	1	0,7
12	9			0,7	0,7
13	12	1	0,7	0,7	0,7
14	15	1,2
15	18		0,8	0,9	0,9
16	21	1,2
17	24		0,8	0,8	0,9
18	27	1,3	0,7
19	30			0,6	0,7
20	33				0,7
21	36	1	0,7	0,7
22	39				0,7
23	42	1,1	0,8
24	45			0,8	0,9
25	48	1
26	51		0,8	0,9	1
27	54
28	57	1	0,9
29	60			0,9	1
30	63	1
31	66		0,9	0,9	1
33	72	1,2
34	75		0,7	0,7	0,9
35	78	1
36	81		0,7	0,8	1
37	84	1
38	87		1	0,9
39	90	0,8			1,1
40	93		1	0,9	1,1
41	96	0,8
42	99		1,3	0,9	1,2
44	105	5,5
45	108		4,5	1,5	1,5
46	111	11,5
47	114		9	4	2
49	120	14,5	11,5	8
50	123				3
51	126	14,5	13
52	129			11	5
53	132	15
54	135		14,5	13	8
55	138	15
56	141		15	14	11
57	144	15	15	15	13,5
58	147		15
59	150			15	14
60	153			15	14,5

Рассчитаем время релаксации при разных частотах из формулы для D=D₂/2:

ωτ=const=√3 => τ =√3 /ω

τ₁ = √3 / 0,015 = 115,5с

τ₂ = √3 / 0,15 = 11,5с

τ₃ = √3 / 1,5 = 1,2с

τ₄ = √3 / 15 = 0,1с

То есть, при увеличении частоты нагружения на образец, время релаксации уменьшается.

По данным таблицы, построим график зависимости деформации ε от температуры, при различных частотах.

Рисунок 2. Температурная зависимость деформации при различных частотах.

Из рисунка 2: D₁=0,8 ; D₂=15-0,8=14,2

По рисунку 2 найдем температуру стеклования при каждой частоте нагружения.

Тс₁=98,5°С =371,5 К, при частоте нагружения 0,015с^-1

Тс₂=101, 3°С=374,3 К, при частоте нагружения 0,15с^-1

Тс₃=105,8°С=378,8 К, при частоте нагружения 1,5с^-1

Тс₄=119,2°С=392,2 К, при частоте нагружения 15с^-1

Из рисунка 2 видно, что при повышении частоты нагружения на образец, Тс и график смещается в сторону более высоких температур. Это происходит из-за того, что повышение частоты приводит к тому, что сегменты не успевают откликаться на изменение напряжения, что приводит к уменьшению деформации образца. Что бы полимер среагировал на более высокую частоту, необходимо полимер нагреть.

Рисунок 2 описывает не всю термомеханическую кривую, а только стеклообразное, переходное и часть высокоэластического состояний. В области более низких температур, деформация мала, это объясняется тем, что деформация в этой области температур происходит за счет растяжения валентных углов и связей. В этой области полимер находится в стеклообразном состоянии. По мере повышения температуры интенсивность внутримолекулярного движения увеличивается, и практически все структурные единицы способны преодолеть энергетический барьер вращения: полимер переходит в область высокоэластичности. В высокоэластическом состоянии макромолекулы легко меняют свою конформацию за счет заторможенного вращения сегментов вокруг простых связей. Граница между стеклообразным и высокоэластическим состояниями называется температурой стеклования Т_С. Нужно заметить, что полимер не мгновенно переходит из стеклообразного состояния в область высокоэластичности, а через переходное состояние.

Найдем энергию активации U высокоэластической деформации, для этого построим график зависимости времени релаксации от обратной абсолютной температуры

τ, с	T, K	lnτ	1/T*10^3 , K
115,5	371,5	4,75	2,69
11,5	374,3	2,44	2,67
1,2	378,8	0,18	2,64
0,1	392,2	-2,30	2,55

Рисунок 3. Зависимость времени релаксации