3

МИТХТ им. М.В. Ломоносова

Кафедра химии и физики полимеров и полимерных материалов

имени Б.А. Догадкина

«Ползучесть полимеров»

Выполнил: Непомнящий А Ф

Группа МТ-36П

Москва 2012г.

.Введение

Ползучесть материалов, медленная непрерывная пластическая деформация тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения. Ползучести в той или иной мере подвержены и твердые тела. Полимеры занимают промежуточное положение между вязкими жидкостями и упругими твердыми телами, и полная деформация ползучести является комбинацией упругой, высокоэластической (неустановившейся) и вязкой (установившейся) деформаций.

Рассмотрим механизм явления ползучести. Для этого рассмотрим рисунок 1.1., на котором показана типичная кривая ползучести линейного полимера (кривая I).

При приложении нагрузки макромолекулярные клубки развертываются, часть сегментов перемещается, ориентируясь в направлении действия силы. Перемещение сегментов приводит также к смещению клубков относительно друг друга. Таким образом, с самого момента нагружения образца в нем развиваются одновременно и обратимая, высокоэластическая, деформация, и деформация необратимая, вязкотекучая. Если после некоторого времени образец разгрузить, то образец быстро сокращается только за счет исчезновения высокоэластической части общей деформации. Остается только та часть общей деформации, которая возникла вследствие вязкого течения образца, т.е. истинно необратимая деформация.

В сшитых же полимерах (рис. 7.4, кривая II) не возникает необратимой деформации из-за наличия прочных химических связей, исключающих взаимное перемещения макромолекул. И после разгрузки образец восстанавливает прежние размеры.

Для того, что бы нам глубже изучить закономерность деформации полимерных материалов, а так же предсказать поведение материала в определенных условиях эксплуатации ввели модельный метод изучения кинетики высокоэластической деформации. Правильный выбор моделей поможет в этом. Существует три модели: модель Максвелла, модель Кельвина-Фогта и объединенная модель.

Модель Максвелла включает упругую гуковскую пружину и поршень с вязкой жидкостью, соединенные последовательно. При режиме ползучести модель Максвелла не учитывает упругости, отличной от гуковской, т.е. упругости за счет деформации клубков.

Модель Кельвина-Фогта включает упругую гуковскую пружину и поршень с вязкой жидкостью, соединенные параллельно. В отличие от модели Максвелла, модель Кельвина-Фогта учитывает деформацию клубков, так как напряжения на поршне и пружине складываются. Но эта модель не предусматривает наличие необратимой деформации, поэтому она лучше всего описывает поведение сшитого полимера в режиме ползучести.

Объединенная модель хорошо описывает ползучесть линейного полимера. Она сочетает модель Максвелла и модель Кельвина-Фогта . Эта модель позволила отметить различие между ŋ₃ – вязкость полимера и ŋ₂ – его микровязкость. Первая - вязкое сопротивление перемещению макромолекул, вторая – вязкое сопротивление перемещению сегментов.

Цель работы: Определить интервал линейной вязкоупругости сополимера полиэтилена и винилацетата.

Экспериментальная часть.

Объекты исследования.

Сэвилен - сополимер этилена с винилацетатом - представляет собой высокомолекулярное соединение, относящееся к полиолефинам. Его получают методом, аналогичным методу производства полиэтилена низкой плотности (высокого давления).

Сэвилен превосходит полиэтилен по прозрачности и эластичности при низких температурах, обладает повышенной адгезией к различным материалам. Его свойства зависят, главным образом, от содержания винилацетата (5-30 вес.%). С повышением содержания винилацетата уменьшаются твердость, теплостойкость, кристалличность (разрушающее напряжение при растяжении),  в то время как плотность, эластичность, прозрачность, адгезия увеличиваются.

Сэвилен с содержанием винилацетата до 15% (марки 11104-030, 11306-075) перерабатывается теми же методами, что и полиэтилен низкой плотности, но переработка экструзией и литьем под давлением ведется при более низкой температуре. Из сэвилена этих марок   рекомендуется изготавливать выдувные изделия, шланги, прокладки, игрушки. Из него получаются атмосферостойкие, прозрачные пленки, обладающие, по сравнению с полиэтиленовыми пленками, более низкой температурой плавления.

Высокие адгезионные свойства сэвилена и хорошая совмещаемость с восками дает возможность использовать его в качестве покрытия бумаги и картона при производстве тары. Для этих целей применяется сэвилен с содержанием винилацетата 21-30 вес.% (марки 11507-070, 11708-210, 11808-340).

    Важной особенностью использования сэвилена является приготовление на его основе клеев-расплавов. Клеи-расплавы не содержат растворителей; при комнатной температуре - это твердые вещества. Они используются в расплавленном виде при температуре 120-200 °С. Для получения клеев-расплавов служит сэвилен, содержащий 21-30 вес. % винилацетата (марки 11507-070, 11708-210, 11808-340).  Клеи на основе сэвилена широко применяются в полиграфической, мебельной, обувной и других отраслях промышленности.

Сэвилен хорошо совмещается с различными наполнителями (красителями), что обуславливает широкое распространение   продуктов на его основе.

Методы исследования. Для оценки ползучести эластомеров могут использоваться достаточно простые методы. Так, например, для исследования ползучести в режиме сжатия мы использовали консистометр Гепплера (рис.2)

Консистометр Гепплера состоит термостатирующей камеры 1, присоединяемой в случае необходимости к ультратермостату, в которой расположена измерительная ячейка 2 с образцом полимера. На массивной опоре 4, соединенной с термокамерой 1, расположен рычаг12 с противовесом 13. Рычаг через шток 11, соединенный с индикатором часавого типа, шкала которого разделена на 100 частей, передает нагрузку толкателем 5 на исследуемый образец.

Исследуемый образец помещается между двумя цилиндрическими плоскопараллельными полированными дисками 14, один из которых подвижный, другой нет. Устанавливается толкатель 5 и фиксируется винтом 6. Затем, освободив стопор, необходимо опустить шток 11, который своим весом 0, 05 кг будет нагружать образец. При этой минимальной нагрузке записывается начальное показание индикатора – h’₀ (h’₀=0). Затем груз 9 размещается на рычаге 12 с помощью штифтов 10. Каждый штифт снабжен цифровой маркировкой, необходимой для расчета нагрузки на образец. Например, мной был взят груз массой 1 кг, расположен на штифте с маркировкой 4. Значит нагрузка на наш образец составляет 4*1=4кг. Далее быстро освобождается фиксатор, отмечается по секундомеру начало нагружения образца и в течение 1с – деформацию образца h_t.

На основании полученных данных строится зависимость ε(%)~f(t) (относительная деформация – время). Относительная деформация рассчитывается по формуле:

ε = ((h_t-h’₀)/h_обр)•100, где h’₀ – первый замер при σ=0; h_обр – высота образца

Рис. 1. Консистометр Гепплера. 1 – термостатирующая камера; 2 – измерительная ячейка; 3 – образец; 4 – опора; 5 – толкатель; 6 – винт; 7 – индикатор часового типа; 8 – магнитный контакт индикатора со штоком; 9 – груз; 10 – штифты рычага; 11 – шток; 12 – рычаг; 13 – противовес; 14 – диски измерительной ячейки.