3. Залежність деформаційних властивостей полімерів від температури.
Деформацією називається зміна розмірів, обсягу і форми під дією температури, зовнішнього механічного впливу або внутрішніх сил. Деформаційні властивості зазвичай оцінюють за кривими σ-ε. На всіх кривих спостерігається початковий прямолінійний ділянку, на якому виконується закон Гука σ = Е * ε. Напруга, яка відповідає кінця цієї ділянки називається межею пружності σ упр. При подальшому навантаженні закон Гука не виконується і загальна деформація:
ε заг = ε упр + ε Вел + ε ВТ
Відносний внесок кожного виду деформації визначається низкою факторів: 1) умови деформування (температура і швидкість програми навантаження), 2) фізичного стану полімеру, 3) фазовий стан полімеру; 4) хімічної будови полімеру;
Хід кривих σ-ε в значній мірі залежить від релаксаційного характеру деформації. Він виявляється: 1) у відставанні деформації від напруги при прикладанні навантаження, 2) наявності залишкової деформації після зняття навантаження.
Величина залишкової деформації може служити критерієм при розподілі полімерів на пластичні й еластичні. Пластичні полімери або пластмаси зберігають задану форму і деформацію після видалення деформуючий сили та їх залишкова деформація дорівнює початкової ε ост = ε 1, а еластичні полімери тобто еластомери відновлюють розміри і форму ε ост> 0.
Всякое изменение формы тела под действием внешних сил, называется деформацией.
Деформация бывает обратимой и необратимой (остаточной).
При обратимой деформации после устранения внешних сил полностью восстанавливается первоначальная форма тела; материалы, которые ведут себя подобным образом называются упругими или эластичными, а их деформация – упругой или эластической.
При остаточной деформации вновь приобретенная форма сохраняется после прекращения действия внешних сил (пластические тела или пластическая деформация).
Часто наблюдается два вида деформации одновременно, т.е. после снятия внешнего воздействия первоначальная форма тела восстанавливается не полностью – процесс носит частично обратимый характер.
При наличии достаточно больших сил и температуры упругая деформация может переходить в пластическую. Этим явлением пользуются при формовании различных изделий. Эффект, вызванный внешними силами (нагрузкой) зависит не только от величины, но и от направления ее (их) и поперечного сечения деформируемого образца.
Закон Гука : σ = Е • ε , где ε – относительная деформация;
Е – модуль упругости;
σ – удельная нагрузка на образец
Е – напряжение, которое необходимо приложить к телу для того, чтобы относительная деформация равнялась 1 ( Е = σ при ε = 1). Характеризует способность того или иного тела упруго деформироваться.Е зависит от природы тела, температуры и других факторов. Различают модуль растяжения, изгиба, сдвига и др.
Важнейшей характеристикой полимера является термомеханическая кривая, отражающая зависимость деформации от температуры.
Приборы для снятия этой зависимости – консистометры. Задают постоянную нагрузку и снимают зависимость деформации от температуры.
Рис.1. Термомеханическая кривая аморфного полимера.
На термомеханической кривой различают 4 области:
I - область стеклообразного состояния – это область до Тст – деформация мала, и ее величина пропорциональна температуре. Полимер подчиняется закону Гука. Так как полимеры при температурах < Тст имеют сходство (прозрачность, хрупкость..) с обыкновенным силикатным стеклом, состояние до Тст называют стеклообразным, Тст – температурой стеклования.
II – переходная область;
III – область высокоэластического состояния – это область, в которой деформация обратима, в зависимости от температуры незначительно изменяется; модуль упругости имеет небольшое значение;
IV – область вязкотекучего состояния ( > Тст). полимер находится в вязкотекучем состоянии, течет как вязкая жидкость. Вблизи Ттек нагрев приводит к резкому увеличению деформации. которая теперь необратима (пластическая деформация).
Тхр –температура хрупкости; Тс – температура стеклования; Тт – температура текучести; звёздочкой отмечена точка начала термодеструкции.