3.4.2. Механічні і деформаційні властивості

Залежать від:

- природи полімеру та його густини;

• умов його одержання;

• способу переробки;

• попередньої обробки (нагрівання, опромінення);

• фізичного стану;

• умов деформування (величини навантаження, швидкості деформування, температури, часу її дії тощо).

Це обумовлено особливостями будови макромолекул. Якщо до полімеру прикласти силу, то він буде деформуватися в результаті направленого процесу перерозподілу макромолекул. Це буде відбуватися з певною швидкістю. Через деякий час в полімері починають протікати певні релаксаційні процеси за рахунок в’язкопружного середовища полімеру.

Релаксація – це явище встановлення нового стійкого стану у зв’язку з переорієнтацією макромолекул під дією напруження.

Час релаксації – це час, необхідний для встановлення цього нового стану (або час, за який напруження в полімері зменшаться в n разів).

Розрізняють два види релаксаційних процесів у полімерах:

1. релаксація напруження;

2. релаксація деформації (повзучість).

Релаксація напруження – це явище поступового (в часі) спаду напруження в деформованому полімері при постійному значенні деформації (умова р = const і Р<Р_крит).

Якщо швидко деформувати полімер до якогось значення деформації і надалі підтримувати її постійною, то в результаті в’язкопружного середовища полімера напруження в ньому поступово зменшаться (релаксують):

• в лінійному полімері до нуля в результаті переорієнтації макромолекул;

• в просторовому полімері – до якогось рівноважного стану (бо міжмолекулярні зв’язки міцні і не можуть бути порушені релаксацією).

Релаксація напруження є позитивним явищем для полімерів і упаковки з них, бо збільшує їх довговічність.

Вона свідчить про зміну механічних властивостей полімерів з часом, тобто їх старіння.

Релаксація деформації (або повзучість) – це явище поступового наростання (розвитку) деформації полімеру при постійному напруженні (Р = const і Р<Р_крит).

Під дією прикладеного постійного навантаження тривалість наростання деформації полімеру залежить від величини навантаження – чим більше значення Р, тим швидкість деформування полімеру більша.

Якщо раптово зняти навантаження (в т. t_p=0), то рівноважне (під дією напруження Р) розміщення макромолекул стане не рівноважним, почнеться процес відновлення рівноважного стану, тобто релаксація.

Явище зменшення деформації у звільненому від напруження полімері називається пружною післядією. Воно залежить від температури полімеру – чим більша температура, тим швидкість релаксації більша.

Явище повзучості є недоліком полімерів, бо зменшує їх довговічність при постійно діючому навантаженні на матеріал.

Довговічність – це час від моменту навантаження полімеру до його руйнування при заданому постійному напруженні.

Міцність – це властивість твердого тіла зберігати цілісність при дії навантаження.

Міцність характеризують межею міцності σ_р, тобто напруження, при якому відбувається руйнування зразка полімеру.

За способом визначення розрізняють:

• короткочасну міцність, яку виражають межею міцності σ_р і визначають одновісним розтягом на розривних машинах при заданій швидкості деформування (в мм/хв.). Одночасно визначають і відносне видовження при розтягу ε_р;

- тривалу міцність – максимальне напруження, яке викликає руйнування зразка після заданої тривалості дії напруження.

За умовами одержання матеріалів і проведення випробувань розрізняють:

• теоретичну міцність (σ_теор) – це напруження, при якому відбувається одночасний розрив хімічних зв’язків між всіма атомами полімеру, розташованими по обидві сторони від поверхні руйнування в умовах напруження при 0 ^оС (це максимально можлива міцність матеріалу з ідеальною структурою) ;

• гранично досяжну міцність (σ_п) – міцність ідеальної полімерної структури при даних температурі і часу (або швидкості) деформування зразка;

• технічну міцність (σ_техн) – міцність реальних матеріалів в стандартних умовах випробувань.

Реальні матеріали мають значно нижчу σ_техн, ніж σ_п. Причина – неоднорідна структура, наявність локальних напружень, мікро тріщин та ін. дефектів.