Память полимеров

Анализируя поведение полимерных материалов в процессе переработки, можно найти аналогию с памятью. После механического воздействия на полимер и изменения его формы, размеров, состояния, часто можно наблюдать тенденцию к восстановлению первоначальных параметров. Если пластину из полимера подвергнуть скручиванию на некоторый угол +Q, то после снятия нагрузки и последующего закручивания на -Q, закрученная пластина будет стремиться вернуться в первоначальное состояние, проходя через положение равновесия.

t₁ - время действия первоначальной нагрузки (+Q);

t₂ - время действия вторичной нагрузки (-Q);

t₃ = tp время релаксации, восстановление первичной формы полимера.

Релаксационной поведение полимерных материалов в весьма важно с точки зрения прогнозирования механических свойств, а так же конструирования оборудования для переработки полимерные материалы.

Механическое поведение полимерных материалов

Поведение полимеров в процессах переработки и эксплуатации описывается с помощью нескольких механических моделей, эти модели состоят из двух элементов, описывающих два основных варианта поведения: упругого и пластического. Упругое поведение любого тела, в том числе и полимерного, может быть смоделировано с помощью пружины.

Под действием силы, пружина мгновенно растягивается, увеличивая свои размеры, при этом упругое поведение пружины подчиняется закону Гука.

Т - действующее напряжение;

Е - относительная деформация;

Е - модуль упругости представляющий собой характеристику деформационных свойств материала.

Развитие деформации в абсолютно упругом теле.

В момент времени тело (пружина) нагружается, деформируясь до величины Е₁ Если нагрузка сохраняется, то сохраняется и деформация Е₁, в момент времени t₂ нагрузка снимается, и деформация так же устраняется, пружина возвращается к исходному размеру. Для описания пластичного тела, например идеальной жидкости, которая деформируется необратимо и пропорционально времени и действующей нагрузки, для механического описания используют цилиндр с поршнем.

Под действием приложенной силы, происходит деформация, описываемая перемещением цилиндра с поршнем.

Приложение напряжения в момент времени t₂, таково же, как и для пружины, развивает необратимую, развивающуюся во времени деформацию, достигающую величины Е₂. После снятия нагрузки в t₂, деформация сохраняется, модель пружины и поршня с цилиндром используются для построения физических моделей, описывающих различные стороны вязкоупругово и пластичновязкого поведения полимеров в вязкоэластическом и вязкотекучем состоянии.

Механическая модель вязкоупругово поведения полимерных материалов Модель Максвелла

Для описания упругого тела, Максвелл предложил использовать механическую модель, состоящую из последовательно соединённых упругого и вязкого элементов, из пружины и цилиндра с поршнем.

Пружина описывает упругую составляющую поведения жидкости. При воздействии внешней нагрузки система начинает деформироваться, причём полная деформация будет складываться из растяжения пружины и перемещения поршня.

Упругая деформация будет пропорциональна действующей нагрузке и модулю упругости.

Для того, что бы найти изменения деформации по времени, необходимо продифференцировать полученное уравнение.

dE₂/dt - представляет собой скорость сдвига жидкости, которая пропорциональна действующему напряжению и обратно пропорциональна вязкости среды.

Деформация системы будет определяться перемещением поршня, которое происходит с постоянной скоростью.

Проведём определённое интегрирование в пределах от Т = То при t = 0 до Т = Т при t = t.

Потенцируем

Анализируя формулу (10) можно оценить время релаксации , это величина, в течение которой напряжение в системе уменьшится в Е раз. Графически изменение деформации происходящее в упруговязком теле можно изобразить так:

Нагрузка, прикладываемая к системе в момент времени t, вызывает мгновенную деформацию пружины (упругого элемента), и развивающуюся во времени, по линейному закону, необратимую пластическую деформацию.