ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Важнейшие особенности механического поведения каучуков и резин из "Основы прогнозирования механического поведения каучуков и резин " Каучуки и резины принадлежат к классу полимерных материалов, называемых эластомерами. При нормальных температурных условиях эластомеры обладают резко выраженной способностью к высокоэластическим деформациям, природа которых определяется гибкостью длинноцепных макромолекул каучукового полимера, обусловливающей возможности различного пространственного расположения (конфигураций) макромолекул [1] в поле действия механических нагрузок. [c.5] Высокоэластические деформации резин характеризуются большей величиной по сравнению с упругими деформациями твердых тел при относительно малом сопротивлении деформированию. Так, при одной и той же малой деформации растяжения напряжение в металлах на 4—5 порядков выше, чем в резине. Резины способны растягиваться без разрушения до нескольких сот процентов, причем их удлинение при разрыве на 2—3 порядка выше, а сопротивление разрыву в 5—30 раз ниже, чем у стали. Как упругие, так и высокоэластические деформации обратимы. Качественное различие упругих и высокоэластических материалов связано с молекулярной структурой и механизмом их деформирования [2, 3]. [c.5] Резины (вулканизаты), являясь продуктами вулканизации резиновых смесей, составленных на основе каучуков и других компонентов (ингредиентов), отличаются от каучуков наличием поперечных химических связей (узлов), сшивающих длинноцепочечные молекулы полимеров в единую пространственную сетку. Влияние сетки определяет различие между каучукоподобным и резиноподобным состоянием материалов. Благодаря поперечному сшиванию снижается доля необратимой составляющей деформации, вызываемой течением в каучуках, и деформация вулканизатов приобретает преимущественно обратимый характер, т. е. исчезает по прекращении действия механических нагрузок. [c.5] Каучуки и резины при деформировании проявляют качественные черты механического поведения, присущего как низкомолекулярным жидкостям, так и упругим твердым телам. [c.5] Напряжение, возникающее в эластомерах при их деформировании, зависит от величины и от скорости деформации деформация имеет обратимую и необратимую составляющие, а механическая энергия деформирования частично рассеивается, а частично возвращается деформируемым материалом. [c.6] Таким образом, эластомеры относятся к вязкоупругим материалам, общей особенностью которых является зависимость напряжения о не только от деформации 8, но и от временного фактора (продолжительности t действия механической силы, скорости г или частоты со деформирования), обусловленная вязким сопротивлением деформированию, или внутренним трением, и связанная с рассеянием механической энергии. [c.6] Этот диапазон смещается при изменении временного фактора, или режима механического нагружения, т. е. закона изменения по времени задаваемых механических параметров. [c.6] Существенное влияние режима деформирования на механическое поведение эластомеров и весь комплекс их механических свойств как следствие резко выраженной вязкоупругости является важнейшей особенностью этих материалов. [c.6] Вследствие влияния временного фактора соотношения между а и е (деформационные кривые) в изотермическом процессе (Т = onst) однозначно определяются только в равновесных условиях. Для неравновесных условий нагружения состояние материала должно характеризоваться соотношением между а, е и i (v, со). При этом для неравновесных условий различают нестационарный (неустановив-шийся) и стационарный (установившийся) периоды деформирования. [c.6] Реальные твердые материалы в незначительной степени также обнаруживают признаки вязкоупругости. Особенность вязкоупругих свойств полимеров [5] заключается в наличии в стационарном периоде неравновесного деформирования определенной взаимозаменяемости температуры Т и временного фактора t v, со) механического нагружения, вследствие которой можно найти такие соотношения между Т ш t (Т ш V, Т ж (л), при которых сохраняются неизменными выбранные значения тех или иных характеристик механических свойств. Конкретно эта особенность выражается в так называемом принципе температурно-временной суперпозиции и используется в основанном на этом принципе методе приведенных переменных она вытекает из специфической природы высокоэластических деформаций, молекулярный механизм которых подробно рассматривается в специальной литературе [1—3]. [c.6] Важнейшая черта механического поведения каучуков и резин заключается в том, что механическое воздействие вызывает обратимые и необратимые изменения структуры, вследствие чего весь комплекс механических свойств этих материалов зависит от предыстории деформирования и в повторном цикле деформирования получаются не те характеристики, которые были получены в предыдущем цикле. [c.7] Описанное явление служит одной из причин физической нелинейности деформационных свойств эластомеров, т. е. зависимости соотношения а/е, называемого модулем материала, не только от режима, но и от абсолютного значения о или е. Кроме того, модуль оказывается сложной функцией вида деформации, поскольку последняя обусловливает различные изменения структуры материала (разрушение, уплотнение, ориентация, кристаллизация и т. д.). [c.7] Механические свойства эластомеров необратимо изменяются также под воздействием различных немеханических факторов — температуры, света, озона, кислорода и других агрессивных сред, что вызывает так называемое старение резин. Особое значение немеханические факторы приобретают при длительных периодах нагружения. [c.7] Являясь многокомпонентными системами, резиновые смеси и их вулканизаты принадлежат к гетерогенным материалам, свойства которых зависят от их неоднородности. Неоднородность структуры обусловливает статистическое распределение показателей механических свойств и влияние на них масштабного фактора (объема испытуемого материала). [c.7] Вследствие заметного внутреннего трения, вызывающего рассеяние механической энергии и теплообразование, и из-за низкой теплопроводности, задерживающей отвод генерируемого тепла, массивные резиновые образцы и изделия практически находятся в неизотермических условиях деформирования при распределенном температурном поле. Большие деформации часто реализуются неоднородно. Кроме того, при расчете больших деформаций для получения значений истинных напряжений необходимо учитывать их геометрическую нелинейность. [c.7] Перечисленные особенности механических свойств эластомеров свидетельствуют о необходимости привлечения для описания их механического поведения аппарата нелинейной механики сплошной среды, как наиболее мощного из современных средств, имеющихся в распоряжении физиков. [c.7] Вернуться к основной статье