Оглавление:
Термомеханические свойства полимеров
- Термические и механические свойства полимеров Полимер ведет себя по-разному при нагревании. Полимеры с линейными и разветвленными макромолекулами являются пластичными, они могут размягчаться при повышении температуры и затвердевать при охлаждении, что называется термопластичным. Свойства термопластичных смол обратимы при повторном нагреве. Обратимость свойств термопластичных смол, их достаточно низкая прочность 1-10 МПА, обусловлена слабыми межмолекулярными силами связи.
Структура таких полимеров аморфна и частично кристаллическая、 220 кристаллов. Изделия из термопластичных материалов, которые могут быть переработаны. Термореактивные полимеры на начальной стадии нагрева с линейной структурой размягчаются в результате химической реакции и образования пространственной структуры, а затем затвердевают.
Изделия из термореактивных полимеров не размягчаются при повторном нагреве и не могут быть переработаны. Людмила Фирмаль
Различие в физических или фазовых состояниях полимеров заключается в том, что кривая термической силы, которая показывает изменение деформации пластического материала в результате приложения постоянной нагрузки при нагреве с постоянной скоростью, может быть разделена на три участка, соответствующие трем физическим состояниям. 9.5, а). В области а полимер находится в аморфном стеклянном состоянии. Атомы и молекулы полимеров, температура которых ниже температуры стеклования 7 С, совершают только тепловые колебания, близкие к их равновесному положению.
Упругие свойства присущи материалу при деформации. При температурах ниже температуры хрупкости (7 часов) полимер становится хрупким и его разрушение происходит за счет разрыва макрохимической связи Температура,°С Но. С, Рис. 9.5 только термомеханическая кривая: а-некристаллический линейный полимер; Б-кристаллический компонент (7/C/t), отличающийся температурой плавления кристаллического полимера; в-сетка (7) и редко-сетка (2) полимера (C-сетка). Это молекула.
- Повышение температуры полимера выше ТС увеличивает частоту тепловых колебаний атомов в нем, отдельные сегменты макромолекул перемещаются, закрученная часть макромолекулы увеличивается. 221 ориентирован в направлении приложенного напряжения. Материал упруго деформируется. После снятия нагрузки макромолекулы под действием силы межмолекулярного взаимодействия принимают свою первоначальную форму. Материал находится в очень эластичном состоянии.
Для полимеров, таких как резина в высокоэластичном состоянии, величина обратимой деформации может достигать 500-800%. Вблизи предела текучести (zT) также возможна пластическая деформация. При температурах выше /Т, материал переходит в вязкое состояние. Отдельные звенья (сегменты) макромолекул постепенно вращаются, и макромолекулы приобретают полную подвижность. Полимер переходит в вязкое состояние. В этом состоянии полимер перерабатывается в продукт.
Тип термомеханических кривых полимеров зависит от степени их кристалличности, температуры кристаллизации и степени сшивки макромолекул. Людмила Фирмаль
Полимеры, имеющие в структуре кристаллические компоненты, сохраняют свою твердость вплоть до температуры плавления (HPL) кристаллического компонента(фиг. 9.5, б). В этом случае полимер имеет суженную область C, а tc<^PL< — в том же полимере это tt 5-20 Преобразования,%б Рис. 9.6 диаграмма растяжения стекловидного (а) и сетчатого (б) полимера: А-область упругой деформации, С-область высокоупругой деформации, овин-предел вынужденной упругости > / Т (рис. 9.5, кривая 2), область с не существует, она переходит из твердого состояния в вязкое.
Термомеханические кривые(рис. 9.5, С) потому что нет ни области с, ни области D, без перехода в вязкое состояние, подвергшееся термическому разложению и разрушению (DG). В редких сетчатых полимерах могут наблюдаться высокоэластичные состояния (кривая 2). Детали из полимерных материалов со стеклообразной структурой надежно функционируют в силовых структурах в диапазоне температур от / ХР до / с. Под действием высоких напряжений в стеклообразных полимерах развивается важная деформация, называемая вынужденной упругостью(рис.9.6, а). Феномен принуждения 222 страницы. 9.7.
Диаграмма растяжения кристаллического полимера: d — область упругой деформации A; C-область высокой упругой деформации Упругость регистрируется в диапазоне температур GCR — / C. При нагреве полимера при температурах выше TC принудительная упругая деформация является обратимой. Вынужденная упругая деформация возникает и развивается в результате выпрямления и растяжения скрученных под нагрузкой макромолекул. По мере того как материал пропускает, шея образца будет по месту более тонкой. Добро пожаловать на наш сайт. 9.6, а) шейка удлиняется по всей длине образца. Пластик с ориентированной молекулярной структурой под действием нагрузок, приложенных вдоль направления ориентации, разрушается без пластической деформации. 9.6, б).
В кривых напряжения-деформации кристаллических полимеров, переход более выражен(рис. 9.7). После появления шейки (конец секции а) удлинение образца происходит при постоянном напряжении (секция с). В сечении с шейка проходит по всей длине образца, и только после этого происходит дальнейшая деформация образца с повышенным напряжением (сечение D), и происходит его деформация. Деформация, полученная в сечении с, не исчезает после снятия нагрузки и достигает нескольких сотен процентов. В процессе пластической деформации кристаллических полимеров изменяется исходная структура, кристаллы приобретают иную форму и превращаются в новую структуру, ориентированную в том же направлении.
Изменение кристаллической структуры полимера при деформации называется рекристаллизацией. Структурные особенности полимерных полимеров определяют зависимость их механических свойств от длительности воздействия и скорости приложения нагрузки. Нагрузка, действующая на полимер, вызывает изменение структуры, связанное с выпрямлением, разматыванием макромолекул, взаимным перемещением макромолекул. В результате полимер переходит в неравновесное, термодинамически неустойчивое состояние.
Переход от неравновесного состояния к равновесному (то есть расслаблению) занимает время-от нескольких секунд (от 10 до 4 секунд) до нескольких дней, а иногда и месяцев. В случае релаксации напряжений при постоянном удлинении и ползучести при статическом нагружении это практически важно. С мгновенным преобразованием образца к определенному значению- 223). 9.8 релаксация напряжений линейных (7)и сетчатых полимеров (2)) Ну а при сохранении его постоянным в структуре полимера происходит перестройка, и в результате происходит постепенное снижение напряжения. В полимерах с линейной структурой макромолекулы перемещаются относительно друг друга, и через некоторое время напряжение падает до нуля(рис. 9.8).
В полимерах с сетчатой структурой наличие химических связей между макромолекулами не позволяет осуществить их взаимное смещение. Процесс релаксации не нарушает межмолекулярных связей, напряжение переходит в равновесное значение и не стремится к нулю. Временной ход деформации при постоянном напряжении (а) i показан на рисунке. 9.9 в линейных и сетчатых полимерах упругая деформация (EDR, OA сечение) возникает непосредственно под действием приложенного напряжения. Затем, в результате их перехода от развернутой и свернутой формы макромолекул к вытянутой форме, начинает происходить высокоэластичная деформация(ээ). В сетчатых полимерах к моменту, определяемому температурой, предел деформации устанавливается в зависимости от степени сшивания макромолекул.
Линейный полимер продолжает деформироваться после времени Tj. После снятия нагрузки (время T2) упругая деформация (OA, CO и C’o’) полностью удаляется, а высокая упругая деформация сбрасывается до нуля (время T3) в сетчатом полимере. В линейных полимерах пластическая деформация сохраняется (время T4), так как имеет место процесс вязкого необратимого обратного течения. Время релаксации (T3—T2) и (T4-T2) для различных полимеров экспоненциально зависит от температуры и может быть определено по формуле Где t-энергия активации релаксационного процесса, K-постоянная Больцмана, T-температура К. Релаксационные процессы в полимерах сложны в реальных условиях их эксплуатации в результате сшивания, разрушения, старения и других процессов, изменяющих структуру полимера
Смотрите также:
| Пластмассы | Термическая обработка жаропрочных никелевых сплавов |
| Термопластичные пластмассы | Молекулярная структура полимеров |
