Упругость и высокоэластичность (эластичность) полимеров

Упругость и высокоэластичность (эластичность) полимеров  —  это свойства полимерного тела восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия внешних сил. В узком смысле под «упругими» часто имеют в виду только мгновенно-упругие (точнее, происходящие со скоростью звука) деформации, которым отвечают модули упругости порядка 103—105 Мн/м2 (104—106 кгс/см2). Для запаздывающих механически обратимых деформаций, которым соответствуют существенно меньшие модули упругости:

  • 1—10 Мн/м— для наполненных резин,
  • 0,1 —10 Мн/м — для типичных «мягких» резин,
  • 10-4— 0,1 Мн/м — для пластифицированных резин и гелей,

– обычно употребляют термин «высокоэластические», относя его и к малым деформациям этих тел.

При равновесном деформировании упругих тел вся работа внешних сил обратимо запасается в материале, и в соотношения между напряжениями и деформациями не входит временной фактор. В линейной области механического поведения упругого тела компоненты тензора деформаций εrs выражаются как линейные комбинации компонент тензора напряжений σik: εrs = ∑brsik σik и наоборот: σik = ∑aikrs εrs.  В этих соотношениях коэффициенты пропорциональности аikrs называются модулями упругости, коэффициенты brsikподатливостями. Для анизотропного тела независимыми могут быть только 21 коэффициент, для изотропного сжимаемого тела число характеризующих его параметров понижается до двух, для изотропного несжимаемого тела — до одного. При одноосном растяжении линейного упругого тела связь между относительным удлинением ε и растягивающим напряжением σ задается законом Гука:

 σ = Еε, где Е — модуль Юнга.

Аналогично определяется модуль упругости при сдвиге и модуль всестороннего сжатия. Для нелинейного упругого тела связь между компонентами тензоров напряжений и деформаций задается нелинейными соотношениями произвольного строения, причем в общем случае может утрачиваться даже однозначность этих соотношений.

Мгновенно-упругие деформации полимеров обусловлены небольшими взаимными смещениями атомов, приводящими к изменению расстояний между валентно не связанными атомами и валентных углов. Высокоэластические  деформации, будучи формально аналогичными  упругим, отличаются от них специфически «полимерным» механизмом: они связаны с перемещением отдельных участков макромолекул, приводящим к изменениям их конформаций. Поэтому высокоэластические  деформации приводят к изменениям энтропии системы, обычно составляющим определяющую часть изменений свободной энергии тела при деформировании, тогда как мгновенно-упругие деформации сопровождаются изменением только внутренней энергии.

Развитие больших высокоэластических деформаций происходит в нелинейной области механического поведения тела.

Однако и в этом случае для характеристики сопротивления тела деформированию используют термин модуль упругости (или высокоэластичности), понимая под этим отношение напряжения к деформации. В области высокоэластических  деформаций модуль упругости на 3—4 десятичных порядка меньше модуля всестороннего сжатия. Поэтому изменением объема тела при высокоэластической  деформации обычно пренебрегают.

Понятия о мгновенно-упругих и высокоэластичих  деформациях представляют собой идеализацию, поскольку деформирование реальных полимерных тел всегда сопровождается диссипативными эффектами — часть работы внешних сил необратимо рассеивается в виде тепла. Поэтому реальные полимеры являются вязкоупругими или упруговязкими.

Эффекты, связанные с вязкоупругими релаксационными явлениями, наиболее резко выражены в переходных областях между стеклообразным и высокоэластическим и высокоэластическим и вязкотекучим состояниями.


 Другие механические свойства полимеров

Список литературы:
Кобеко П. П., Аморфные вещества, М.— Л., 1952; К а р г и н В. А., Слонимский Г. Л., Краткие очерки по физико-химии полимеров, 2 изд., М., 1967;
Алфрей Т., Механические свойства высокополимеров, пер. с англ., М., 1952;
Ферри Д ж., Вязкоупругие свойства полимеров, пер. с англ., М., 1963;
Тобольский А., Свойства и структура полимеров, пер. с англ., М., 1964;
Уорд Й., Механические свойства твердых полимеров, пер. с англ., М., 1974;
Бартенев Г. М., Зуев Ю. С, Прочность и разрушение высокоэластических материалов, М.—Л., 1964;
Гуль В. Е., Кулезнев В. Н., Структура и механические свойства полимеров, М., 1972;
Гуль В. Е., Структура и прочность полимеров, 2 изд., М., 1971;
Бартенев Г. М., Лаврентьев В. В., Трение и износ полимеров, Л., 1972;
Лодж А., Эластические жидкости, пер. с англ., М., 1969;
Рабинович А. Л., Введение в механику армированных полимеров, М.— Л., 1970;
Малмейстер А. К., ТамужВ.П., Тетере Г. А., Сопротивление жестких полимерных материалов, Рига, 1972;
АйнбиндерС.Б. [и др.], Свойства полимеров при высоких давлениях, М., 1973;
Конструкционные полимеры, под ред. П. М. Огибалова, М., 1972;
Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е., УФН, 106, № 2, 193 A972);
Kargin V. A., Slonimski G. L., Mechanical properties, кн.: Encyclopedia of polymer science and technology, v. 3, N. Y.—[a. o.], 1968, p. 445;
Feггу J. D., Viscoelastic properties of polymers, ed., N. Y.—L., 1970; Bueche F., Physical properties of polymers, N. Y., 1962. A.M.Елъяшевич.

Автор:
Источник: Энциклопедия полимеров, под редакцией Каргина В.А
Дата в источнике: 1972 год
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter