Динамические механические свойства полимеров

Если граничные напряжения принять за однородное гидростатическое давление, то можно легко показать, что условия, записанные в виде уравнения (3.13), в комбинации с уравнениями, получаемыми при использовании обычных граничных условий при г = а и г=1, непосредственно приводят к выражениям для объемных деформаций и объемных напряжений, аналогичным уравнениям Кернера. Получаемое при этом выражение для Кс аналогично уравнению (3.11). Однако для G такой простой эквивалентности не наблюдается. Получаемое при этом очень сложное выражение недавно было дано в более простой форме Смитом [26]. Зависимость G от состава композиции в этом случае выражена значительно более резко, чем в уравнении Кернера, и более точно согласуется с экспериментальными данными для полимерных композиций, содержащих жесткие частицы наполнителя [30]. По-видимому, уравнение Ван-дер-Поля неприменимо к описанию динамических механических свойств полимер-полимерных композиций, хотя оно успешно использовалось для расчета модуля [c.156]

Определение динамического модуля упругости и тангенса угла механических потерь на установке с использованием принципа бегущих волн. Обычные методы и установки [33] для исследования динамических механических свойств полимеров не дают возможности определять модуль упругости Е и тангенс угла механических потерь tg б в широком интервале достаточно высоких частот при одноосном растяжении. Для измерения и tg б в интервале частот от 100 до 40 ООО Гц разработана установка с использованием принципа бегущих волн 31]. Особенностью установки является возможность испытания деформированных образцов. Сущность метода заключается в том, что вдоль образца движется каретка, в которой с противоположных сторон закреплен вибратор и приемник при помощи генератора в образце создается бегущая продольная волна, которая фиксируется приемником. [c.235]

Динамические механические свойства полимеров [c.90]

Общие представления о показателях динамических механических свойств полимеров, принципах и способах их определения даны в гл, 1. Там же приведены уравнения для расчета показателей механических потерь. Формулы для расчета динамических модулей, упругости при свободных или резонансных колебаниях даны в гл. 2. В литературе описаны десятки различных приборов для определения динамических механических свойств полимеров. Общий обзор существующих методов содержится в монографиях Ферри [1, 2] и Нильсена [3]. [c.90]

Большое теоретическое и прикладное значение динамических механических свойств полимеров обусловлено рядом причин. Динамический модуль упругости, как и модуль, измеренный любым другим методом, является важнейшим показателем деформационных свойств полимеров. Значение показателей механических потерь менее известно. Эти показатели служат наиболее чувствительным индикатором всех форм молекулярной подвижности в полимерах, особенно в стеклообразном состоянии. [c.91]

Динамические механические свойства полимеров могут быть существенно изменены термообработкой образцов, причем эффект термообработки для аморфных стеклообразных полимеров значительно меньше, чем для кристаллических полимеров [109—1111. Закалка аморфных полимеров (быстрое охлаждение от Т > до Т Т(.) в отличие от отжига (выдержка при Т и медленное охлаждение) обычно приводит к повышению механических потерь [109]. Закалка снижает температуру, при которой наблюдается максимум механических потерь в области стеклования. [c.103]

Образование полимерной сетки резко изменяет динамические механические свойства полимеров при температуре выше Т , что видно на примере вулканизатов каучуков с относительно [c.108]

Вследствие существования связи между динамическими механическими свойствами полимеров и коэффициентом трения (по крайней мере при качении), зависимость его от скорости и температуры должна подчиняться принципу температурно-временной суперпозиции. В некоторых случаях было установлено, что зависимости коэффициентов трения, полученных при различных скоростях и температурах, могут быть обобщены с помощью уравнения ВЛФ [45, 60, 71 ]. Обобщенная кривая в координатах коэффициент трения — приведенная скорость проходит через максимум. Было установлено, что этот максимум. коррелирует с Е при трении по гладким поверхностям и с tg б = Е"1Е в случае шероховатых поверхностей [60, 71]. Обычно положение максимума коэффициента трения коррелирует с полимеров. Положение низкотемпературных максимумов коэффициента трения для полимеров, находящихся в стеклообразном состоянии, может коррелировать с температурами вторичных переходов [72]. В некоторых случаях максимумы не связаны с Тс или Т с, а обусловлены изменениями адгезии [60]. [c.208]

Динамические механические свойства гетерогенных полимер-полимерных композиций в решающей степени определяются свойствами непрерывной фазы. При стеклообразной непрерывной фазе наблюдается заметное изменение модуля упругости при Tg полимера дисперсной фазы, однако при температуре выше этой 7с форма кривой температурной зависимости модуля мало изменяется с увеличением количества дисперсной фазы. Тангенс угла механических потерь таких композиций проходит через резко выраженный максимум в области Тс дисперсной фазы, а в других условиях практически не зависит от количества дисперсной фазы. Аналогичные эффекты наблюдаются и в случае непрерывной эластичной фазы. При низкой концентрации дисперсной стеклообразной фазы наблюдается небольшое качественное различие в зависимостях динамического модуля упругости от состава для статистических сополимеров и гетерогенных полимер-полимерных смесей. Однако при этом формы кривых температурной зависимости динамического модуля упругости и особенно тангенса угла механических потерь различаются значительно сильнее. [c.162]

Динамические механические свойства, особенно механические потери, чрезвычайно чувствительны ко всем типам температурных переходов, релаксационных процессов, структурных неоднородностей и особенностей морфологических структур многофазных систем типа частично-кристаллических полимеров, смесей полимеров и наполненных полимерных композиций. [c.92]

Динамические механические свойства сополимеров аналогичны описанным выше свойствам пластифицированных полимеров, за исключением того, что плато высокоэластичности сополимеров кристаллизующегося мономера с не кристаллизующимся умень-щается q повышением содержания последнего, а не возрастает, как при увеличении содержания пластификатора. Образование сополимеров (особенно по радикально-цепному механизму) расширяет пик механических потерь. Это обусловлено химической неоднородностью макромолекул сополимеров [197—199] (рис. 4.29). [c.117]

Влияние ориентации на механические потери кристаллизующихся полимеров осложняется Изменением степени кристалличности в процессе ориентации. Ориентация макромолекул при вытяжке при низких или повышенных температурах облегчает кристаллизацию. Поэтому иногда при оценке роли ориентации экспериментатор, не подозревая об этом, может сравнивать аморфный неориентированный с. ориентированным полимером, который в процессе эксперимента стал кристаллическим. Однако обычно ориентация изменяет динамические механические свойства в большей степени, чем изменение степени кристалличности [31, 256]. Часто общий эффект ориентации и кристаллизации приводит к смещению в сторону более высоких температур и уменьшает интенсивность механических потерь [c.123]

Динамические механические свойства гетерогенных смесей полимеров, блок- и привитых сополимеров сильно зависят от условий получения образцов, особенно при изменении типа растворителя [286, 289, 290]. Это видно из данных, приведенных на рис. 4.39 для блок-сополимеров стирола и бутадиена. Если растворитель, из которого получали образцы термодинамически является более хорошим для полистирола, чем для полибутадиена, полистирол образует четко выраженную непрерывную фазу. Этого следовало ожидать, так как хороший растворитель [c.129]

Поскольку двухфазные полимер-полимерные композиции будут рассмотрены подробно в гл. 7 после теоретического анализа гетерогенных композиций, этот раздел закончим списком важнейших работ по динамическим механическим свойствам смесей полимеров, блок- и привитых сополимеров (см. табл, на стр. 131). [c.132]

Полимер имеет два пика механических потерь. Пик, проявляющийся при более высокой температуре, связан с Т , а при более низкой — либо с резко выраженным вторичным переходом в стеклообразном состоянии, либо с эластичной дисперсной фазой. Будет ли наблюдаться различие в динамических механических свойствах, которое позволит различить эти два случая Какие другие испытания необходимо провести, чтобы сделать соответствующий вывод [c.142]

Рис. 13.1, а. Идеализированное представление динамических механических свойств твердого (сшитого) полимера [c.400]

В главе 2 описаны основные механические свойства конструкционных пластмасс при различных видах деформирования, приведены константы упругости, рассмотрены ползучесть, релаксационные свойства, усталостная прочность и прочность при динамической нагрузке. Приведенные в главе показатели механических характеристик пластмасс основаны на обобщенных результатах многочисленных экспериментальных данных. Разумеется, что при использовании опытных данных для формулировки физических закономерностей механики полимеров необходимо критически подходить к объектам и результатам экспериментов. Выпускаемые в СССР синтетические смолы и пластмассы могут существенно отличаться по составу и свойствам от применяемых в ЧССР. [c.8]

Определение динамического модуля сдвига и тангенса угла механических потерь на установке с прибором типа торсионного маятника. Как известно, метод крутильных колебаний может дать интересную информацию не только об упруговязких свойствах полимеров, но и о микроструктуре, обусловливающей эти свойства. [c.232]

Важнейшими проблемами в науке о сопротивлении материалов, которые разрешались в течение этого периода и в последующие годы вплоть до настоящего времени, являются 1) расчеты на динамическое действие нагрузок 2) дальнейшее усовершенствование методов расчета на устойчивость 3) расчеты оболочек и тонкостенных стержней 4) развитие теории пластичности 5) установление новых критериев прочности и в том числе расчеты по предельным состояниям 6) исследование влияния высоких и низких температур на механические свойства материалов 7) разработка методов расчета конструкций, выполненных из полимеров . [c.564]

Температурная зависимость механических свойств кристаллических термопластичных полимеров со средней и высокой степенью кристалличности сложнее, чем аморфных. Их вид в значительной степени зависит от соотношения фаз в полимере. На рис. 1.4 схематически показана температурная зависимость динамического модуля [c.19]

Для улучшения физико-механических свойств пластмасс, в частности прочности к динамическим и статическим нагрузкам, твердости и т. д., а также уменьшения усадки при отверждении термореактивных полимеров в них добавляется наполнитель. В качестве наполнителей используют волокнистые материалы (стеклоткань, стекловолокно, асбестовое волокно, бумага и т. д.) и порошкообразные вещества (кварцевая, асбестовая и древесная мука и т. д.). Наполнители в основном используются в термореактивных полимерах. [c.134]

Высокомолекулярным синтетическим материалам присущи свойства, выгодно отличающие их от металлов и от силикатных материалов. К числу этих свойств относятся простота изготовления деталей и аппаратов сложных конструкций, высокая устойчивость в агрессивных средах, низкая плотность изделий (не превышающая 1,8 г/см , а в большинстве случаев равная 1,0—1,3 г/см ) возможность в широких пределах изменять механическую прочность при статических и динамических нагрузках как правило, высокая стойкость к истирающим воздействиям хорошие диэлектрические и теплоизоляционные свойства высокие клеящие характеристики некоторых полимеров, позволяющие использовать их для изготовления клеев и замазок уплотнительные и герметизирующие свойства отдельных полимеров способность поглощать и гасить вибрации способность образовывать чрезвычайно тонкие пленки. [c.81]

Производные целлюлозы, такие, как ацетат целлюлозы, обладают по крайней мере двумя или тремя пиками механических потерь помимо пиков при Т с [231, 337, 383]. Большое число сведений имеется в литературе о дополнительных переходах в других полимерах, например в поли(2,6-диметилфениленоксиде) [326, 334, 384, 3851, различных полиолефинах [171, 386], полиоксиме-тилене и его сополимерах [176, 178, 387, 388], фторсодержащих полимерах [10, 268, 328, 389, 390], эпоксидных полимерах [113, 328, 391, 392]. Эти переходы наблюдают различными методами, в том числе при использовании крутильного маятника с нитью, пропитанной исследуемым полимером, что позволяет исследовать динамические механические свойства полимеров в процессе отверждения, при термодеструкции и т. п. [393]. [c.140]

Влияние жестких наполнителей на динамические механические свойства полимеров хорошо иллюстрируется кривыми на рис. 7.17 и 7.18 [60]. Введение наполнителей значительно больше увеличивает модуль упругости при температуре выше полимера, чем ниже ее. Основной причиной этого является то, что в высокоэла-стическом состоянии полимера отношение модулей упругости компонентов Е Ех, а следовательно, и коэффициент В в уравнении (7.12), значительно больше, чем в стеклообразном состоянии. [c.245]

Прямое сравнение расчетов, основанных на уравнениях (3.19) и (3.20) или на эквивалентных механических моделях, с экспериментальными данными показывает, что расчеты дают в прин-цине правильную общую форму зависимостей динамических механических свойств гетерогенных полимерных композиций от их состава, однако эти расчеты требуют учета фазовой морфологии и структуры частиц дисперсной фазы и дают более резкую, чем ожидается, зависимость динамического модуля от состава. Простое сравнение расчетных данных с экспериментальными можно получить, используя эквивалентность механических моделей, изображенных на рис. 3.4, с уравнением (3.19) для некоторых значений параметров моделей, приведенных в уравнении (3.18) [25]. Так, параметры моделей Ф и X, определенные путем подгонки экспериментальных кривых, можно сравнивать со значениями этих параметров, рассчитанными по уравнению (3.18) и известным значениям ф2 и jx. Полученные таким образом параметры находятся в удовлетворительном согласии для эластифицированных каучуками термопластов и очень сильно различаются для эластичных полимеров, содержащих жесткие частицы. На рис. 3.10 представлена корреляция расчетных и экспериментальных параметров по данным работ [20, 22] для ряда ударопрочных полисти-ролов и АБС-пластиков, а также [c.163]

Представление об эффективной объемной доле наполнителя, определяемой уравнениями (3.21) и (3.26), были использованы для анализа упругих и динамических механических свойств гетерогенных смесей полимеров акрилового ряда, полученных последовательной эмульсионной полимеризацией — способом, позволяющим получать композиции с равномерно диспергированными сферическими частицами, а также смешением латексов — способом, дающим композиции с более сложной фазовой морфологией [49—56]. Измерения модулей упругости при комнатной температуре композиций, полученных из гетерогенных латексных частиц, синтезированных последовательной эмульсионной полимеризацией, были использованы для определения ц>2т эластичных включений в стеклообразной матрице. Полученные значения (р2т в сочетании с уравнениями (3.23) и (3.12) были использованы для расчета динамических свойств композиций в широком интервале темне- [c.170]

На рисунках 4.1 и 4.2 [64] показаны простейшие примеры температурной завиеимоети показателей динамических механических свойств обычных полимеров. В точке, где кривая модуль упругоети— температура претерпевает перегиб, потери проходят через резко выраженный максимум. На этих графиках механические потери выражены как tg б — отношение модуля потерь (мнимой части комплексного модуля) М" к его действительной чаети М М означает модуль сдвига О или модуль Юнга Е). Модуль потерь (показатель, пропорциональный механической энергии, рассеи- [c.93]

Динамические механические свойства иногда выражают в терминах комплексной вязкости, а не модуля. Основные соотношения между ними приведены в гл. 1. Можно предположить, что динамическая вязкость как функция частоты связана с вязкостью расплава как функцией скорости сдвига у. Такую связь ввели Кокс и Мерц [77, 78]. Типичные данные по вязкости расплава полимера как функции скорости сдвига, полученные с помощью вискозиметров, например капиллярного типа или типа конус— плоскость [79], приведены на рис. 4.10 [3]. Из-за высокоэластич-ности расплава наклон кривой изменяется с увеличением скорости сдвига. Вязкость, определяемая по наклону касательной к этой кривой в любой точке, называется консистентностью 1) , а вязкость, определяемая по наклрну секущей, проведенной из начала коор- [c.100]

Изучению вопроса о влиянии амплитудных значений напряжений или деформаций на динамические механические свойства не-наполненных полимеров посвящено небольшое число работ. Исследования проводились в основном на примере наполненных каучуков или пластмасс, для которых наблюдаемые эффекты в принципе подобны, но значительно резче выражены, чем для ненаиол-ненных полимеров [74,83—98]. Так как полимеры характеризуются довольно высокими показателями механических потерь, первый эффект, который наблюдается ири увеличении амплитудных значений напряжения или деформации — это повышение температуры образца, особенно ири высоких частотах. [c.101]

Динамические механические свойства кристаллических полимеров особенно чувствительны к термической предыстории образцов. Медленное охлаждение или отжиг увеличивают модуль упругости и температуру а-перехода в аморфной фазе по сравнению с закалкой [3, 34, 99, 115—121]. На рис. 4.15—4.16 показан этот эффект, типичный для кристаллических-полимеров [99]. В этом случае -переход, очевидно, имеет две компоненты, причем более высокотемпературная компонента при изменении условий термообработки смещается больше, чем низкотемпературная. Некоторые полимеры, например ПЭТФ и полиуретаны, остаются полностью аморфными при закалке, но при отжиге или термостарении выше Тс они частично кристаллизуются [122—124]. Их кристаллизация сопровождается резким возрастанием модуля при Т > > Тс и изменением формы температурной зависимости механических потерь. В некоторых полимерах кристаллизация не вызывает изменения Тс, в других Тс возрастает [125—127]. В полипропилене [c.104]

На рис. 4.21—4.23 показаны типичные зависимости динамических механических свойств от частоты узлов сетки густосетчатых полимеров [140, 147]. При температуре выше с увеличением частоты узлов сетки динамический модуль упругости резко возрастает, а пик механических потерь становится ниже и шире [113, 140, 145, 147—155]. При очень высокой частоте узлов сетки Тс или исчезает, или становится выше температуры деструкции полимера. Предполагается, что расширение области релаксационного перехода с увеличением частоты узлов сетки связано с увеличением ширины распределения молекулярной массы цепей между узлами сетки или появлением каких-либо других неравномерностей структуры сетки [148]. Мэйсон предположил, что это расширение связано с расширением распределения свободного объема мономерных звеньев [152]. [c.111]

Большинство рассмотренных структурных параметров полимеров, резко изменяющих показатели динамических механических свойств выше Т , сравнительно мало влияют на модули упругости ниже Тс. Модуль упругости аморфных полимеров в стеклообразном состоянии в первую очередь определяется энергией межмолекулярных взаимодействий, а не энергией ковалентных связей полимерных цепей, за исключением только продольного модуля Юнга высокоориентированных полимеров, например волокон, в которых растягивающее напряжение действует преимущественно вдоль полимерных цепей. Однако даже в таких волокнах трансверсальный модуль Юнга и модуль упругости при сдвиге определяются главным образом межмолекулярными связями. Энергия этих связей характеризуется плотностью энергии когезии, поэтому модули упругости полимеров должны возрастать с увеличением этого параметра [144, 265, 280]. Формула, связывающая объемный модуль упругости полимеров при 0 К с плотностью энергии когезии была предложена Тобольским [144] [c.125]

С70 ) 0. Влияние амплитуды деформации или напряжения при динамических испытаниях в наполненных композициях проявляется более резко, чем в ненаполненных полимерах [143— 145]. При низких амплитудных значениях напряжения или деформации динамические механические свойства практически не зависят от них. Однако при более высоких амплитудных значениях модуль упругости наполненных полимеров уменьшается, а механические потери возрастают. Причинами этого могут быть следуюгцие эффекты 1) разрушение адгезионной связи полимер— наполнитель 2) концентрация напряжений вокруг частиц наполнителя, вызывающая образование большого числа микротрещин в материале 3) разрушение агрегатов частиц. [c.249]

Множественность релаксационных переходов в полимерах и низкая интенсивность некоторых из них снижают эффективность использования дилатометрии и калориметрии для исследования этих переходов. Поэтому широко использзтотся методы, более чувствительные к изменению подвижности макромолекул, — динамические механические и диэлектрические [30—35], метод ядерного магнитного резонанса [41], радиотермо-люминёсцентный метод [42]. Для конструкционных термопластичных полимеров наибольшее практическое значение имеют динамические механические, в том числе акустические [34] методы, в которых определяют температурные зависимости таких важных показателей механических свойств, как динамический модуль упругости, скорость распространения звука, модуль потерь, тангенс угла механи ческих потерь, логарифмический декремент затухания и т. д. Температурные зависимости динамических механических свойств, на которых четко проявляется множественность релаксационных переходов в полимерах, часто называют механическими спектрами полимеров. [c.18]

Динамические характеристики оптию-механических свойств полимеров в значительной мере могу т отличаться от статических из-за влияния временного фактора. Так, при действии кратковременных имульсных нагрузок процессы, связанные с регистрацией в модели оптической картины полос, длятся от нескольких микросекунд до сотен микросекунд. В этом случае обычные квазистатические испытания на ползучесть и релаксацию напряжения не могут отражать сути происходящих при динамическом воздействии явлений, протекающих в полимерном материале. [c.254]

Теоретическое истолкование исследований по высоким полимерам было менее удачным, так как при их деформировании, повидимому, приходит в действие большое число различных молекулярных механизмов. Релаксационный спектр таких материалов бывает обычно очень растянутым, и надо провести измерения для нескольких десятков частот, чтобы уловить общую тенденцию. Главный вывод, сделанный из опытных данных, состоит в том, что механические свойства таких материалов очень заметно зависят от температуры Установлено, что влияние повышения температуры эквивалентно влиянию понижения частоты, и наоборот. Александров и Лазуркин [1] впервые провели полное исследование влияния температуры на динамические упругие свойства резины. Они вели исследования при частотах между [c.146]

Ввиду анизотропности и плохой теплопроводности наполненных пластмасс (особенно содержащих волокнистые наполнители) необходимо соблюдать определенные правила при их эксплуатации и механической обработке — применять охлаждающие смазки, пользоваться специальным инструментом и т. п. При обработке и эксплуатации деталей из слоистых пластиков нельзя прилагать нагрузки в сторону, способствующую расслаиванию или сдвигу листового наполнителя и т. д. Под влиянием длительных механических нагрузок в статических или динамических условиях происходит усталостное разрушение пластмасс. На усталостную прочность пластмасс (так же как и на другие их свойства) сильное влияние оказывают химическое строение полимера, природа и вид наполнителя и их количественное соотношение. Постоянно действующие (статические) нагрузки вызывают ползучесть пластмассовых деталей наиболее явно она проявляется у термообратимых пластиков (оргстекло и другие термопласты). В наименьшей степени ползучесть проявляется у стеклотекстолнтов, полученных с участием полимерных связующих термонеобратимого типа. [c.390]

В конце 50-х годов были получены образцы нового класса сополимера пропилена и этилена, синтезированных путем их последовательной полимеризации. Эти полимеры стали называть блоксополи-мерами, хотя практически, как было установлено в последующие годы, они являются композициями гомополимеров и блоксополимеров. Такие композиции в широком диапазоне сочетают в себе свойства полипропилена и полиэтилена и намного превосходят по свойствам механические смеси полипропилена и полиэтилена. Для них характерны повышенная стойкость к растрескиванию, хорошее качество поверхности изделий, высокая прочность при динамических испытаниях на изгиб, низкая усадка, высокие ударная вязкость и морозоустойчивость. Изделия из блоксополимера более стойки к образованию трещин, че.ч полипропилен. Шланги и трубки из блоксополимера вьщерживают расширение замерзшей воды. [c.253]

Характерным свойством большинства полимеров с достаточно высокой молекулярной массой или степенью сшивки является то, что они представляют собой эластичные твердые веш,ества при комнатной температуре. Если к образцу вязкоэластического твердого полимера приложить постоянную механическую нагрузку (эксперимент по изучению ползучести) или усилие растяжения (эксперимент определения релаксации напряжения), то отклик будет преимуш,ественно эластическим в том случае, если времени для перемещения макромолекул или их сегментов относительно друг друга недостаточно. В отвеТ на механическое воздействие они могут передвигаться путем изменения конфигурации, вытягиваясь и изменяя начальные длины связей и углы между ними. Когда нагрузка снимается, макромолекула возвращается в исходное состояние. Так запасается и освобождается механическая энергия (эластический отклик). Аналогичный процесс запасания и выделения механической колебательной энергии имеет место, если колебательное (синусоидальное) механическое напряжение (динамический эксперимент) прилагается к образцу, причем частота достаточно высока. [c.397]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...