- •1 .Реология полимеров, основные понятия.
- •2.Главная задача реологии.
- •3.Сдвиговая вязкость, эффект аномалии вязкости.
- •4.Соотношение между сдвиговой и продольной вязкостями.
- •8. Модели идеальных тел;
- •9.Линейные модели вязкоупругих тел;
- •10.Модели вязкопластичных тел.
- •11.Принцип суперпозиции Больцмана.
- •12.Спектры времен релаксации и запаздывания.
- •13.Зависимость вязкости от давления.
- •14.Обобщенная характеристика вязкостных свойств полимеров.
- •15.Вязкоупругие свойства и релаксационные процессы в текучих полимерных системах.
- •16.Установившееся изотермическое течение жидкости: в каналах круглого сечения;
- •17.Между двумя параллельными пластинами;
- •Лекция № 6
- •19.Нормальные напряжения при течении полимеров.
- •20.Эффект Вайсенберга.
- •21.Высокоэластические деформации в расплавах и растворах полимеров.
- •22.Зависимость высокоэластических свойств полимерных систем от молекулярной массы и молекулярно-массового распределения.
- •23. Свободное упругое восстановление струи (Баррус-эффект).
- •24.Дробление поверхности экструдата (“эластическая турбулентность”).
- •25.Экспериментальные методы изучения реологических свойств расплавов полимеров.
- •26.Капиллярные и ротационные вискозиметры, их классификация и характеристика.
- •27.Реологические свойства термореактивных материалов.
- •28. Вязкостные свойства и кинетические закономерности процесса отверждения реакционноспособных олигомеров.
- •29.Основные закономерности и эффекты, сопровождающие процесс деформирования материалов на основе реакционноспособных олигомеров.
- •30.Методы модификации технологических свойств термореактивных материалов.
- •31.Особенности легирования реактопластов.
- •32.Смешение полимеров.
- •33.Понятие об их термодинамической и эксплуатационной совместимости.
- •34. Наполнение полимеров.
- •35. Физические взаимодействия в системе полимер – растворитель.
- •36. Механизм усиления эластомеров и реактопластов наполнителями.
- •37.Особенности свойств дисперсий полимеров.
- •38.Устойчивость и астабилизация дисперсных систем.
- •39.Закономерности формирования изделий из полимерных дисперсий, в частности латексов.
- •40.Теоретические основы адгезии.
- •41.Склеивание и пропитка материалов.
- •42. Теоретические основы проницаемости полимерных систем по отношению к различным жидким и газообразным веществам.
- •43. Диффузия, сорбция, проницаемость: факторы, влияющие на эти процессы.
- •44.Прочность полимерных материалов.
- •45.Теоретическая и техническая прочность.
- •46.Теория Гриффита и кинетическая теория прочности.
- •47. Факторы, определяющие прочность полимеров.
- •48. Динамическая усталость пластмасс и резин.
47. Факторы, определяющие прочность полимеров.
17.1. Факторы, определяющие прочность полимеров
В связи с разнообразием фазовых и физических состояний полимеров, связанных с размерами, формой, расположением, гибкостью и взаимодействием макромолекул, прочность полимерных материалов зависит как от их свойств, так и от внешних условий, при которых происходит разрушение полимеров. Влияние ряда факторов на прочность полимеров уже изучено, но во многих случаях ответить однозначно на вопрос о роли одного фактора затруднительно, т.к. одновременно с ним проявляется действие и других, тесно связанных с первым.
17.1.1. Влияние ММ на полимеров зависит как от природы разрушаемого полимера, так и от его физического состояния. На рисунке представлены зависимости для ацетата целлюлозы и для резин из различных каучуков.
Видно, что в области малых ММ резко возрастает, главным образом, за счет увеличения гибкости макромолекул, усиления межмолекулярного взаимодействия и уменьшения хрупкости полимера.
С ростом ММ в полимере сначала возникает, а затем и совершенствуется флуктуационная сетка, поглощающая энергию при деформации в момент роста трещин; увеличивается с ростом ММ до определенного предела, соответствующего полному формированию надмолекулярной структуры, после чего далее меняется незначительно. В области ММ более тыс. мало зависит от ММ. Зависимость прочности ориентированных материалов от ММ более сильная, чем изотропных. Полидисперсность очень мало сказывается на прочности полимеров с большой ММ и оказывает существенное влияние на полимеров с низкими значениями ММ. Вместе с тем, характер молекулярно-массового распределения мало влияет на прочность полимеров. Поэтому на практике пользуются среднемассовыми значениями ММ.
17.1.2. Влияние полярности полимеров на их прочность
Число полярных групп определяет энергию и характер межмолекулярного взаимодействия в полимерах, а, следовательно, влияет на их прочность. Увеличение межмолекулярного взаимодействия вцелом приводит к росту . Так, кривая зависимости прочности от ММ для полиамидов проходит выше, чем для полиолефинов, а прочность бутадиеннитрильных каучуков различной полярности определяется числом нитрильных групп и возрастает с увеличением последних. Аналогичная картина наблюдается и для других каучуков: бутадиеновых, бутадиенстирольных.
Однако количественные характеристики влияния полярности на прочность затруднительны, поскольку при переходе от одного полимера к другому одновременно с изменением полярности изменяются гибкость макромолекул, ММ, кристалличность и т.п.
17.1.3. Ориентация макромолекул всегда приводит к увеличению прочности в направлении ориентации и снижению ее в поперечном направлении. Для уменьшения анизотропии прочности полимер ориентируют в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Прочность листов и пленок после двухосной ориентации увеличивается в обоих направлениях. Ориентация увеличивает прочность материалов из полимеров любой природы. Правда в случае жесткоцепных полимеров излишняя ориентация приводит иногда к перенапряжению химических связей, развитию термомеханической деструкции и снижению .
17.1.4. Надмолекулярная структура.
Увеличение размеров кристаллических образований, в частности сферолитов, при неизменной общей степени кристалличности приводит к снижению деформируемости полимера (снижению разрывных деформаций) и к снижению . Увеличение степени кристалличности приводит к росту прочности, например ПЭ высокой плотности более прочный, чем ПЭ низкой плотности.
17.1.5. Густота пространственной сетки
В эластомерах прочность растет по мере увеличения густоты пространственной сетки. После достижения оптимальной густоты начинает снижаться, потому что ограничивается подвижность молекулярных цепей, снижается их способность к ориентации при растяжении, а также увеличивается дефектность пространственной сетки в целом.
17.1.6. Влияние пластификаторов и наполнителей
Введение пластификаторов способствует снижению полимера, модуля упругости и прочности. Влияние наполнителей на полимеров неоднозначно. С одной стороны, введение твердых частиц в полимерную матрицу создает на границе раздела полимер-наполнитель дополнительные перенапряжения (дефектные зоны), которые снижают . С другой стороны, наполнитель изменяет структуру: в наполненных материалах увеличивается доля слабых адсорбционных связей и повышается ориентация макромолекул в направлении действия нагрузки, что способствует росту . В стеклообразном состоянии наполнители снижают прочность, в высокоэластическом – проявляется их упрочняющая роль; в последнем случае зависимость от содержания наполнителя описывается немонотонной кривой с максимумом при оптимальной концентрации, которая определяется гибкостью макромолекул и размерами частиц наполнителя. Кристаллизующиеся полимеры или сильно сшитые резины (эбониты) не упрочняются при наполнении из-за уменьшения ориентирующего влияния наполнителя.
17.1.7. Влияние скорости деформации
Зависимость от скорости растяжения с точностью до может быть выражено уравнением:
,
где и - константы.
Э та зависимость для бутадиенстирольного каучука, приведенная на рисунке в логарифмических координатах, подтверждает возрастание разрушающего напряжения при увеличении скорости растяжения. Она справедлива для средних скоростей деформации.
17.1.8. Влияние температуры испытаний на полимеров
С ростом температуры прочность полимеров уменьшается в соответствии с уравнением:
,
вытекающим из уравнения Журкова, претерпевая скачкообразные изменения в точках релаксационных переходов, т.к. в этих точках скачкообразно изменяется за счет изменения характера молекулярных движений.