Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

Между атомами кремния и кислорода

существует

прочная химическая

связь;

энергия силоксановой связи Si~O равна 89,3 ккал/моль.

Отсюда

более высокая теплостойкость кремнийорганических смол, каучуков, хо-

тя их

упругость

и эластичность меньше, чем у органических. Полимеры,

содержащие в основной цепи титан и кислород, называются полититанок-

санами.

неорганическим полимерам относятся силикатные стекла, керамика,

слюда,

асбест. В составе этих соединений углеродного скелета нет. Основу

неорганических материалов составляют окислы кремния, алюминия, маг-

ния,

кальция и др.

В силикатах

существуют

два типа связей: атомы в цепи соединены ко-

валентными связями (Si - О), а цепи

между

собой - ионными связями.

Свойства этих веществ можно изменять в широких пределах, получая, на-

пример,

из минерального стекла волокна и эластичные пленки. Неоргани-

ческие полимеры отличаются более высокой плотностью, высокой дли-

тельной теплостойкостью. Однако стекла и керамика хрупкие, плохо

переносят динамические нагрузки. К неорганическим полимерам относится

также графит, представляющий собой карбоцепной полимер.

В конкретных технических материалах используются как отдельные

виды полимеров, так и сочетание различных групп полимеров; такие мате-

риалы называют композиционными (например, стеклопластики).

Своеобразие свойств полимеров обусловлено структурой их макромо-

лекул. По форме макромолекул полимеры делятся на линейные (цеповид-

ные),

разветвленные, плоские, ленточные (лестничные), пространственные

или

сетчатые. Линейные макромолекулы полимера представляют собой

длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рис. 185, а).

Гибкие макромолекулы с высокой прочностью вдоль цепи и слабыми

межмолекулярными связями обеспечивают эластичность материала, спо-

собность его размягчаться при нагревании, а при охлаждении вновь за-

твердевать. Многие такие полимеры растворяются в растворителях. На

физико-механические и химические свойства линейного полимера влияет

плотность упаковки молекул в единице объема. При плотной упаковке воз-

Рнс.

185.

Формы

макрочо.1ск>.|

ио.шмсрлв:

— линсйния;м — ра шс тленная;» — лестничная; .* —

npoci

panel венная, сетчатая; д — паркетная

381

никает более сильное межмолекулярное притяжение, что приводит к повы-

шению плотности, прочности, температуры размягчения и уменьшению

растворимости. Линейные полимеры являются наиболее подходящими для

получения волокон и пленок (например, полиэтилен, полиамиды и др.).

Разветвленные макромолекулы полимера, являясь также линейными,

отличаются наличием боковых ответвлений. Эти ответвления препят-

ствуют

сближению макромолекул, их плотной упаковке. Подобная форма

макромолекул предопределяет пониженное межмолекулярное взаимодей-

ствие и, следовательно, меньшую прочность и повышенную плавкость

растворимость (полиизобутилен). К разветвленным относятся и при-

витые полимеры, в которых состав основной цепи и редко расположенных

боковых ответвлений неодинаков. Это

дает

возможность изменять свой-

ства полимеров (рис.

185,6)

в широких пределах (прочность, раствори-

мость).

Макромолекула лестничного полимера (рис. 185, в) состоит из

двух

це-

пей,

соединенных химическими связями. Лестничные полимеры имеют бо-

лее

жесткую

основную цепь и

обладают

повышенной теплостойкостью,

большей жесткостью, они нерастворимы в стандартных органических рас-

творителях (например, кремнийорганические полимеры).

Пространственные или сетчатые полимеры образуются при соединении

(«сшивке») макромолекул

между

собой в поперечном направлении прочны-

ми

химическими связями непосредственно или через химические элементы

или

радикалы. В

результате

такого соединения макромолекул образуется

сетчатая

структура

с различной

густотой

сетки (рис. 185, г). Редкосетчатые

(сетчатые) полимеры теряют способность растворяться и плавиться, они

обладают

упругостью

(например, мягкие резины).

Густосетчатые

(про-

странственные) полимеры отличаются твердостью, повышенной тепло-

стойкостью, нерастворимостью. Иногда образование пространственной

структуры

сопровождается

даже

возникновением хрупкости (смола в ста-

дии резит). Пространственные полимеры

лежат

в основе конструкционных

неметаллических материалов. К сетчатым полимерам относятся также

пластинчатые полимеры, которые имеют плоскостное

двухмерное

строе-

ние.

Примером такого полимера является графит. Пластинчатая (паркет-

ная)

структура

показана на рис. 185, д.

По

фазовому состоянию полимеры подразделяют на аморфные

кристаллические.

результате

рентгенографического и электронно-микроскопических ис-

следований, проведенных В. А. Каргиным, А. И. Китайгородским и Г. Л.

Слонимским,

макромолекулы в полимерах, как правило, расположены не

хаотично, а имеют упорядоченное взаимное расположение. Структуры,

возникающие в

результате

различной укладки молекул, называют надмо-

лекулярными. Упорядоченность в структурообразовании определяется гиб-

костью линейных и разветвленных (с короткими ответвлениями) макромо-

лекул, способностью их менять форму, перемещаться по частям; большое

влияние

оказывают жесткость цепи и силы межмолекулярного притяже-

ния.

Аморфные полимеры однофазны и построены из цепных молекул, со-

бранных в пачки. Пачка состоит из многих рядов макромолекул, располо-

женных последовательно

друг

за

другом.

Пачки способны перемещаться

382

а)

В)

Ряс.

186. Надмолекулярные структуры полимеров:

а — схема пластинчатого единичного кристалла; б —схема сфёролита; в — схема фибриллы,

состоящей из

трех

микрофибрилл

относительно соседних элементов, так как они являются структурными

элементами.

Аморфные полимеры

могут

быть также построены из свернутых

клубки цепей, так называемых глобул. Глобулярная структура полиме-

ров

дает

невысокие механические свойства (хрупкое разрушение по грани-

цам

глобул). При повышенных температурах

глобула

разворачивается

линейные образования, способствующие повышению механических

свойств полимеров.

Вопрос о надмолекулярных

структурах

некристаллизующихся полиме-

ров мало разработан. Структуры в этих полимерах являются флуктуа-

ционными,

термодинамически нестабильными и характеризуются относи-

тельно небольшим временем жизни.

Кристаллические

полимеры образуются в том случае, если их макромо-

лекулы достаточно гибкие и имеют регулярную

структуру.

Тогда при со-

ответствующих условиях возможны фазовый переход внутри пачки и обра-

зование

пространственных решеток кристаллов.

Гибкие пачки складываются в ленты путем многократного поворота

пачек

на

180°С.

Затем ленты, соединяясь

друг

другом

своими плоскими

сторонами,

образуют пластины (рис. 186, а). Эти пластины наслаиваются,

результате чего получаются правильные кристаллы.

В том случае, когда образование из более мелких структурных элемен-

тов правильных объемных кристаллов затруднено, возникают сферолиты

(рис.

186,6).

Сферолиты состоят из лучей, образованных чередованием кри-

сталлических и аморфных участков. В процессе ориентации гибкоцепных

полимеров получаются фибриллярные структуры, состоящие из микрофи-

брилл (рис. 186, в). Между кристаллитами находятся аморфные участки [1].

Кристаллические

структуры

являются дискретными, организованными,

термодинамически стабильными. В отсутствии внешних силовых полей их

время жизни т->оо. Кристаллизующимися полимерами являются полиэти-

лен,

полипропилен, полиамиды и др. Кристаллизация осуществляется

определенном интервале температур. В обычных условиях полной кри-

сталлизации не происходит. В связи с этим в реальных полимерах

структу-

ра обычно двухфазная: наряду с кристаллической фазой имеется и аморф-

ная.

Кристалличность придает полимеру повышенную теплостойкость,

большую жесткость и прочность. Через надмолекулярную

структуру

пере-

даются механические и физические свойства полимеров. При переработке,

а также в условиях длительного хранения и эксплуатации надмолеку-

лярные

структуры

могут

самопроизвольно или вынужденно претерпевать

изменения.

По

полярности полимеры подразделяют на полярные и неполярные.

У неполярной молекулы электронное облако, скрепляющее атомы, распре-

делено

между

ними в одинаковой мере; у таких молекул центры тяжести

разноименных зарядов совпадают. У полярной молекулы общее электрон-

ное облако сдвинуто в сторону более электроотрицательного атома;

центры тяжести разноименных зарядов не совпадают. Полярность веще-

ства оценивается дипрльным моментом и, равным произведению элемен-

тарного заряда (заряд электрона) q на расстояние /

между

центрами тяже-

сти

всех

положительных и

всех

отрицательных зарядов. Таким образом,

= q

•

Заряд электрона q = 4,8

•

10"

эл.-ст. единиц; расстояние / порядка

10 "

см (1 А). Значения дипольного момента имеют порядок 10"

эл.-ст. единиц см. Эту величину иногда называют единицей Дебая (Д).

Например,

для связей С - Н,. С - N, С - О, С - F, С — С1 и равно соответ-

ственно 0,2; 0,4; 0,9; 1,83;

2,О5Д.

Первым условием полярности полимеров является присутствие в них

полярных связей (группировок —

С1,

—

ОН), вторым — несимметрия

их структуре. Неполярные полимеры имеют симметричное расположение

функциональных групп, и поэтому дипольные моменты связей атомов

взаимно компенсируются, например:

1) неполярные:

полиэтилен

[ - СН

— СН

— ]„ - молекула симметрична;

полипропилен

[ - СН

СНСН

- ]„ - дипольные моменты С - Н и С -

- СН

равны;

фторопласт-4 [ - CF

- CF

— ]„ - дипольный момент связи С - F значи-

телен, сумма моментов равна нулю, так как они компенсируют

друг

друга.

2) полярные:

поливинилхлорид [ - СН

- СНС1 - ]„ - молекула несимметрична, ди-

польные моменты С — Н(0,2Д) и С ^ С1 (2,05 Д) взаимно не компенси-

руются.

Полярность

сильно влияет на свойства полимеров. Так, неполярные по-

лимеры (в основном на основе

углеводородов)

являются высококаче-

ственными высокочастотными диэлектриками. Физико-механические свой-

384

ства неполярных полимеров при низких

температурах

ухудшаются

незначительно, такие материалы

обладают

хорошей морозостойкостью

(например,

полиэтилен не охрупчивается до температуры —

70°С).

Поляр-

ность, увеличивая силы межмолекулярного притяжения, придает полимеру

жесткость, теплостойкость. Однако диэлектрики на основе полярных поли-

меров

могут

работать без потерь только в ограниченной области частот

(являются низкочастотными). Кроме того, полярные полимеры характери-

зуются низкой морозостойкостью (например, полихлорвинил до темпера-

туры

- Юн--20

С).

Все полимеры по отношению к нагреву подразделяют на термопла-

стичные и .термореактивные.

Термопластичные полимеры при нагревании размягчаются,

даже

пла-

вятся,

при охлаждении затвердевают; этот процесс обратим, т. е. никаких

дальнейших химических превращений материал не претерпевает.

Структу-

ра макромолекул таких полимеров линейная или разветвленная. Предста-

вителями термопластов являются полиэтилен, полистирол, полиамиды

др.

Термореактивные полимеры на первой стадии образования имеют ли-

нейную

структуру

и при нагревании размягчаются, затем вследствие про-

текания

химических реакций

затвердевают

(образуется пространственная

структура)

и в дальнейшем остаются твердыми. Отвержденное состояние

полимера называется термостабильным. Примером термореактивных

смол

могут

служить фенолоформальдегидная, глифталевая и

другие

смолы.

2. ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Особенности строения полимеров оказывают большое влияние на их фи-

зико-механические и химические свойства. Вследствие высокой молекуляр-

ной

массы они не способны переходить в газообразное состояние, при на-

гревании образовывать низковязкие жидкости, а некоторые, обладающие

термостабильной пространственной структурой,

даже

размягчаться. С по-

вышением молекулярной массы уменьшается растворимость. При молеку-

лярной

массе (300

—

400)-10

и низкой полярности полимеры растворимы

растворителях, процесс протекает медленно: через стадию набухания

с образованием очень вязких растворов. Если молекулярная масса очень

велика или

присутствуют

высокополярные группы, то полимер становится

нерастворимым ни в одном из органических растворителей.

Полидисперсность, присущая полимерам, приводит к значительному

разбросу показателей при определении физико-механических свойств поли-

мерных материалов. Механические свойства полимеров (упругие, про-

чностные) зависят от их структуры, физического состояния, температуры

т. д. Полимеры

могут

находиться в

трех

физических состояниях: в сте-

клообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.

Стеклообразное состояние — твердое, аморфное (атомы, входящие в со-

став молекулярной цепи, совершают колебательное движение около поло-

жения

равновесия; движения звеньев и перемещения макромолекул не

происходит).

385

Рис.

187. Термомеханичсскнс кривые некристал-

лического

линейного (/), кристаллического (2)

редкосетчатого (3) полимеров (r

, /

, t

, l

—

температуры

стеклования, кристаллизации, на-

чала

вязкого

течения и начала химического раз-

ложения

соответственно) /— ///—участки

соот-

ветственно

стеклообразного,

выевкоэластиче-

ского

и вязкотскучего состояний

Температура

Высокоэластическое состояние присуще только высокополимерам, ха-

рактеризуется способностью материала к большим обратимым измене-

ниям

формы при небольших нагрузках (колеблются звенья, и макромоле-

кула приобретает способность изгибаться).

Вязкотекучее состояние напоминает жидкое состояние, но отличается

от него очень большой вязкостью (подвижна вся макромолекула). С изме-

нением

температуры линейный или разветвленный полимер может перехо-

дить из одного физического состояния в

другое.

Полимеры с пространственной структурой находятся только в стекло-

образном состоянии. Редкосетчатая

структура

позволяет получать поли-

меры в стеклообразном и высокоэластическом состояниях. Различные фи-

зические состояния полимера обнаруживаются при изменении его дефор-

мации

с температурой. Графическая зависимость деформации, развиваю-

щейся

за определенное время при заданном напряжении от температуры,

называется термомеханической кривой. На рис. 187 даны три типа обы-

чных термомеханических кривых г — t. Для линейного некристаллизующе-

гося полимера, деформация с температурой изменяется по кривой типа 1.

На

данной кривой имеются три участка - соответствующие трем физиче-

ским

состояниям. Переход из одного состояния в

другое

происходит в не-

котором диапазоне температур, при этом постепенно изменяются термоди-

намические свойства полимера. Средние температуры переходных обла-

стей называются температурами перехода. Так, температура перехода из

стеклообразного в высокоэластическое состояние (и обратно) называется

температурой стеклования (f

); температура перехода из высокоэластиче-

ского состояния в вязкотекучее (и обратно) — температурой текучести (t

Область / является областью стеклообразного состояния полимера,

область // — высокоэластического состояния. За точкой t

находится

область III — вязкотекучего состояния. Область / характеризуется фик-

сированным беспорядочным расположением молекул и ограниченной

подвижностью звеньев цепи — это область

упругих

деформаций (связан-

ная

с изменением расстояния

между

частицами вещества); величина от-

носительной деформации составляет 2

—

5% (модуль

упругости

200

—

$00 кгс/мм

Точка f

, лежащая ниже точки t

, является температурой хрупкости.

При

температуре ниже г

р полимер становится хрупким, т. е. разрушается

лри очень малой величине деформации. Разрушение происходит в резуль-

тате

разрыва химических связей в макромолекуле (например, для полиме-

386

тилметакрилата

=100°C,

=+10

для полистирола f

=100'C и

[

хр

90°С;

для поливинилхлорида t

= 81°C, f

= —

90°С;

для резины на

основе натурального каучука f

= —

62°С,

= —

80°С).

С повышением

температуры увеличивается энергия теплового движения молекул, и когда

температура становится достаточной для проявления гибкости молекул,

полимер переходит из области / в область //. Небольшие напряжения вы-

зывают перемещение отдельных сегментов макромолекул и их ориента-

цию в направлении действующей силы. После снятия нагрузки молекулы

результате

действия межмолекулярных сил принимают первоначальную

равновесную форму. Высокоэластическое состояние характеризуется значи-

тельными обратимыми деформациями (сотни процентов). В области, со-

ответствующей этому состоянию, развиваются

упругая

и высокоэластиче-

ская

деформации

. Около точки t

кроме

упругой

и высокоэластнческой

деформации возникает и пластическая.

Кристаллические полимеры ниже температуры плавления — кристалли-

зации

— являются твердыми, но имеют различную жесткость (рис. 187, я,

кривая

2) вследствие наличия аморфной части, которая может находиться

различных состояниях. При f

кристаллическая часть плавится, и термо-

механическая кривая почти скачкообразно достигает участка кривой 1, со-

ответствующего

высокоэластической деформации, как у некристаллическо-

го полимера.

Редкосетчатые полимеры (типа резин) имеют термомеханическую

кри*

вую типа 3.

Узлы

сетки препятствуют относительному перемещению поли-

мерных цепей. .В связи с этим при повышении температуры вязкого тече-

ния

не наступает, расширяется высокоэластическая область и ее верхней

границей становится t

(химическое разложение полимера).

Рассмотренные температурные переходы (f

и £

) являются одними из

основных характеристик полимеров и имеют большое значение. Например,

при

использовании волокон, пленок, лаков в промышленности, где необхо-

дима высокая прочность, лежащие в их основе полимеры должны нахо-

диться в стеклообразном состоянии. Резиновой промышленности необхо-

димы высокоэластические полимеры, сохраняющие свои свойства

широком диапазоне температур. Процесс технологической переработки

полимеров происходит в области вязкотекучего состояния.

Зависимость напряжения от деформации для линейных и

сетчатых

по»

лимеров различна. Линейные полимеры в стеклообразном состоянии обла-

дают

некоторой подвижностью сегментов, поэтому полимеры не так

хруп-

ки,

как неорганические вещества.

При

действии больших напряжений в стеклообразных полимерах раз-

виваются значительные деформации, которые по своей природе близки

высокоэластическим. Эти деформации были названы А. П. Алексан-

дровым вынужденно-эластическими, а само явление — вынужденной эла-

стичностью. Вынужденно-эластические деформации проявляются в интер-

вале температур r

- t

, а при нагревании выше f

они обратимы, т. е.

Вмсокоэластичсскпя деформация превышает

упругую

в 10

— 10

раза, т. е. можно счи-

тать, что она равна всей деформации. Модуль

упругости

для высокоэластических полимеров

составляет 0,02

—

0,2 кгс/мм

387

Деформация

Рис.

188. Диаграмма растяже-

ния стеклообразного полимера

(°иын.

эл ~ предел вынужлсн-

ной

эластичности):

— область

упругих

деформа-

ций

; //

—

область высоко-

эластической деформации

Рис. 189.

Влияние температуры

на характер

кривых

напряже-

ние — деформация аморфною

термопласта

г, < ь < г

Деформация

образец полностью восстанавливается

до

первоначального размера.

Диа-

грамма растяжения стеклообразного полимера показана

на рис. 188.

Область

является областью образования упругой деформации,

а в

обла-

сти

происходит процесс высокоэластической деформации. Максимум

на

кривой

соответствует условию

du/de

= 0 и

называется пределом вынужден-

ной

эластичности ст

вын

эл

Ниже

полимер приобретает плотную струк-

туру

прочными межмолекулярными связями, теряет

все

преимущества,

обусловленные гибкостью цепей,

разрушается хрупко.

В интервале температур

—

когда полимер находится

высокоэла-

стическом состоянии, диаграмма напряжение — деформация имеет

вид

плавной

S-образной кривой. Зависимость напряжения

от

деформации

для

аморфного

термопласта (полиметилметакрилат, полистирол, поливинил-

хлорид

и др.) при

разных температурах

постоянной скорости растяжения

дана

на рис. 189.

Для кристаллических полимеров (полиэтилен, полиамиды, полиэтилен-

терефталат

и др.)

зависимость напряжения

от

деформации выражается

ли-

нией

четкими переходами

(рис. 190). В

первой стадии (участок

удлине-

ние

пропорционально действующей силе. Затем внезапно

на

образце

возникает

«шейка», после чего удлинение возрастает

при

постоянном

зна-

чении

силы

до

значительной величины.

На

этой стадии шейка (участок

//)

удлиняется

за

счет более толстой части образца. После того

как

весь обра-

зец

превратился

шейку, процесс переходит

третью стадию (участок

III),

Удлинение

Рис.

190. Зависимость удлинения от силы для

кристаллического линейного полимера

Рис.

191. Влияние температуры на

кривые

напря-

жение

— деформация кристаллического полимера

Ос)

Деформация

388

заканчивающуюся разрывом.

Структура

и свойства

материала шейки отличаю гея от исходного образца:

элементы кристаллической

структуры

ориентире-

ваны в одном направлении (происходит рекристалли-

зацпя).

С изменением температуры характер кривых

(f = 11 -н f

) изменяется, и при t < t

подобен кривым

стеклообразных полимеров (рис. 191). _

У полимеров с плотной сетчатой структурой

Деформация

ПОД Действием нагрузки ВОЗНИКает

упругая

И ВЫСОКО- Рис. 192. Диаграмма рас-

эластичная деформация, пластическая деформация тяжения полимера с плот-

обычно

отсутствует

(фенолоформальдегидная смола

но

се|ча|0И

структурой

стадии резит). По сравнению с линейными поли-

мерами

упругие

деформации составляют относительно

большую

часть,

высокоэласшческнх деформаций гораздо меньше (рис. 192). Природа высоко-

эластической деформации, как и в линейных полимерах, состоит в обра-

тимом изменении конформации полимерной молекулы, но максимальная

деформация при растяжении обычно не превышает

5—15%.

Орион

i анионное упрочнение. Полимеры как в кристаллическом, так и

стеклообразном состоянии

могут

быть ориентированы. Процесс осу-

ществляется при медленном растяжении полимеров, находящихся в высо-

коэластическом или вязкотекучем состоянии. Макромолекулы и элементы

надмолекулярных

структур

ориентируются в силовом поле, приобретают

упорядоченную

структуру

по сравнению с неориентированными. После то-

го как

достигнута

желаемая степень ориентации, температура снижается

ниже t

и полученная

структура

фиксируется.

В процессе ориентации возрастает межмолекулярное взаимодействие,

что приводит к повышению t

, снижению t

и особенно к повышению ме-

ханической прочности. Свойства материала получаются анизотропными.

Различают одноосную ориентацию, применяемую для получения волокон,

пленок,

труб,

и многоосную, производимую одновременно в нескольких

направлениях (например, в процессе получения пленок).

Прочность при разрыве в направлении ориентации увеличивается

2 — 5 раз, в перпендикулярном направлении прочность уменьшается и со-

ставляет 30

—

50% прочности исходного материала. Модуль

упругости

направлении одноосной ориентации увеличивается примерно в 2 раза.

Высокая прочность сочетается с достаточной

упругостью,

что характерно

только для высокополимеров (звенья макромолекул

могут

обратимо пере-

мещаться без разрушения материала).

Некоторые свойства ориентированных аморфных и кристаллических

полимеров одинаковы, однако они различаются фазовым состоянием, по-

этому с течением времени у кристаллических полимеров

улучшается

их

структура,

а аморфные ориентированные полимеры чаще всего в дальней-

шем дезориентируются (особенно при нагревании).

Релаксационные свойства полимеров. Механические свойства полимеров

зависят от времени действия и скорости приложения нагрузок. Это обусло-

влено особенностями строения макромолекул. Под действием прило-

женных напряжений происходит как распрямление и раскручивание цепей

(меняется их конформация), так и перемещение макромолекул, пачек и дру-

гих надмолекулярных

структур.

Все это

требует

определенного времени,

389

установление равновесия (релаксация) достигается не сразу. Например,

для полимера в высокоэластическом состоянии время релаксации при кон-

формационных изменениях равно 10~

— 10"

с, а время релаксации при

перемещении самих макромолекул и надмолекулярных

структур

очень ве-

лико

и составляет сутки и месяцы. Примером может служить волокно,

являющееся ориентированным полимером. В обычных условиях его моле-

кулы очень

долго

не переходят в равновесное неориентированное состоя-

ние;

поэтому такие процессы релаксации обычно не учитываются. Однако

это волокно достаточно

упруго,

так как при растяжении и сокращении

проявляются быстрые релаксационные процессы изменения конформации.

Кинетика

релаксационного процесса выражается формулой

Ах = (Ах)

- ,

где Ах и (Лх)

— отклонения измеряемой величины от равновесного значе-

ния

в данный момент времени т и в начальный момент т = 0; т

— время

релаксации (для простых релаксирующих систем величина постоянная).

При

т = т

величина Ах =

(Дх)

/е

(т. е. за время релаксации Ах уменьшается

2,72 раза). По величине т

обычно

судят

о скорости релаксационных

процессов.

Для эластичных полимеров характерно явление гистерезиса. У этих ма-

териалов кривые зависимости деформации от напряжения при нагружении и

разгрузке образца не совпадают (происходят релаксационные процессы).

Релаксация

деформации — это изменение относительного удлинения

(или

сжатия) образца при постоянном напряжении во времени. При прило-

жении силы образец находится в неравновесном состоянии, и со временем

начинается релаксация; через какое-то время деформация достигает равно-

весного значения (равновесие

между

ст = const и тепловым движением). По-

сле снятия нагрузки образец начинает восстанавливать -свою первоначаль-

ную форму

(упругое

последействие). Удлинение происходит в

результате

распрямления,

раскручивания цепей (высокоэластической деформации)

перемещения макромолекул

друг

относительно

друга

(вязкого течения).

Чем больше время испытания, тем больше вязкое течение. Деформация

этом

случае

состоит из обратимой и необратимой. Эти медленно проте-

кающие процессы изменения формы образца называют ползучестью.

Изменение

деформации в зависи-

мости от времени при сг = const для

линейного и сетчатого полимеров по-

казано

на рис. 193 (штриховой линией

показан

характер кривых после снятия

нагрузки). Для термостабильных (сши-

— тых) полимеров пластическая дефор-

мация

отсутствует,

и образец после

д~ре~мя *"

снятия напряжения восстанавливает

свои

первоначальные размеры

(чем

Рис.

193. Зависимость деформации от времени

выше

температура, тем быстрее обра-

при

постоянном напряжении: ЗСЦ Деформируется).

/—линейный

полимер; 2 — сетчатый по-

лимер

390

2*5