Термомеханические свойства полимеров реферат

Обновлено: 02.07.2024

Термомеханические свойства полимеров и метод термомеханического анализа

Под термомеханическими свойствами полимеров понимают обычно характеристику их механического поведения в различных термических условиях. Чаще всего при этом имеют в виду способность полимера противостоять действию направленного внешнего усилия, которое создает в нем напряжение σ, способное вызвать деформацию, т. е. изменение геометрии образца. Измеряя деформацию ε при последовательно изменяющихся температурах Т, можно построить термомеханическую кривую полимера ε(Т). При этом важно охватить по возможности всю температурную область существования полимера; в этом случае кривая отразит все изменения физического состояния исследуемого объекта и все химические превращения, которым он подвержен. В принципе может быть использован любой метод деформирования полимера — растяжение, сжатие, кручение и т. д.

Методы исследования деформируемости полимеров в широком интервале температур были разработаны впервые А. П. Александровым и Ю. С. Лазуркиным (частотно-температурный метод) и В. А. Каргиным и Т. И. Соголовой (метод, получивший собственно название термомеханического). Благодаря основополагающим работам этих авторов [1—4], а также работам многих их последователей термомеханический анализ (ТМА) стал весьма распространенным методом исследования полимеров [5, 6].

Задачей ТМА чаще всего является наблюдение переходов полимера из стеклообразного состояния в высокоэластическое и из высокоэластического — в вязкотекучее состояние (для некоторых объектов — непосредственно из стеклообразного в вязкотекучее). Этим, однако, далеко не исчерпываются возможности метода: он с Успехом используется для решения таких задач, как выявление стояния полимера. В этом режиме сообщаемая образцу энергия вызывает в нем процессы, характер, кинетика и степень неравновесности которых определяются, с одной стороны, заданными условиями изменения температуры, а с другой — молекулярной и надмолекулярной структурой, термической историей полимера, релаксационной природой самих процессов [7, 8].

Специфика рассматриваемого метода заключается в том, что деформация полимера определяется суперпозицией трех факторов —· нагрузки, температуры и времени ( при наличии в полимерном тело внутренних напряжений в суперпозиции участвует и этот фактор) . Действие механического усилия в некоторых случаях способно вызывать в соответствии с принципом Ле-Шателье такие изменения состояния, которые, в свою очередь, сказываются на деформируемости полимера. Деформация может быть прослежена по изменению линейных размеров образца.

Подобный вид имеет и производная запись, хотя она в своей основе нетождественна дифференциальной, поскольку здесь регистрируется не разность двух значений, а первая производная по времени (или по температуре) от основной величины, выражающая скорость изменения этой величины. Несмотря на то, что получение производной безусловно связано с дифференцированием, соответствующие кривые называть дифференциальными не следует во избежание путаницы в понятиях.

В методике с непрерывным действием груза, напротив, суммируются результаты воздействия в течение всего эксперимента. Следовательно, если метод кратковременного (импульсного) нагружения можно называть, в указанном смысле, дифференциальным, то метод непрерывного нагружения следует считать интегральным [9].

Такое определение не следует понимать буквально; оно вовсе не означает возможности взаимного превращения кривых, полученных каждым из методов, путем простого интегрирования и дифференцирования. Ведь измеряемая в методе кратковременного нагружения деформируемость представляет собой величину Δε/Δτ, но не d ε/ d τ. (Эти величины еще близки друг другу для пластических деформаций, растущих со временем почти линейно, но далеко не тождественны для деформаций высокоэластических, которые Даже на протяжении всего лишь 10 сек. сначала могут быстро расти, затем замедлиться, а приблизившись к пределу,— почти прекратиться.)

Производная запись (ДТМА) в координатах ( dε / dT ) — Τ или же ( d ε/ d τ) — Τ (что в случае линейного нагрева при постоянном действии груза одно и то же) может быть получена с помощью специальных технических средств и в этом случае давать определенную дополнительную информацию по сравнению с кривыми ε— Т. Но такую же запись можно получить и графическим дифференцированием обычных ТМА-кривых при достаточной их точности. Однако в этом случае новой информации по сравнению с той, которая содержится в исходных кривых, они, естественно, дать не могут.

Единственным выигрышем явится большая наглядность и удобство сопоставления с данными других дифференциальных и производных методов термического анализа, например ДТА и ДТГ. Важно отметить, что пики производной записи в принципе вполне соответствуют пикам известных кривых механических потерь (см., например, [10, 11]).

Для термического анализа характерно использование наряду с определенной, изменяющейся в зависимости от температуры величиной, рассматриваемой как основная, также величины, обратной данной. (Взаимно-обратными являются, например, удельная масса и удельный объем, электропроводность и электросопротивление. При этом трудно иногда обосновать, какая из двух величин должна быть признана основной и какая обратной.)

Термомеханическая кривая, ее сущность и роль в ТМА

Наиболее привычной формой представления данных ТМА является воспроизведение получаемых кривых, хотя в отдельных случаях ограничиваются указанием определенных по этим кривым характерных точек либо температурных интервалов, соответствующих тем или иным состояниям или превращениям полимеров.

О сущности термомеханических кривых в литературе имела место дискуссия, способствовавшая в известной мере выяснению вопроса. Регирер и Калантарова [16] высказали мнение о тождественности термомеханического метода и любого метода контактного измерения линейного расширения, поскольку они связаны с применением нагрузки.

Возражая им, Малинский и Каргин [17] заметили, что ТМА-кривые призваны отражать изменения размеров образца исключительно под действием внешнего усилия, тогда как изменения размеров под влиянием таких факторов, как термореактивность или релаксация замороженных внутренних напряжений, не рассматриваются как его деформация. По их мнению, снятие ТМА-кривых следует проводить путем попеременного наложения двух нагрузок, из которых меньшая не должна практически деформировать образец. Такой метод измерений реализуется с помощью динамометрических весов Каргина-Соголовой [2].

Нельзя не заметить, что в практике ТМА этот вариант метода приобретал все большее значение и в настоящее время используется уже в подавляющем большинстве лабораторий. Немалым его Достоинством является простота и относительная доступность осуществления автоматической записи деформации.

Мнение о том, что первый из методов применим для тонких исследований полимеров, тогда как второй пригоден для более грубых оценок в производственных условиях [6], вряд ли справедливо. Можно указать на большой ряд тонких физико-химических исследований полимеров, выполненных с использованием метода постоянного нагружения.

Исследователи широко используют (порой, к сожалению, даже не различая) данные обеих методик. Вряд ли есть смысл теперь обсуждать, какие из получаемых при этом графиков имеют право на название термомеханических кривых. В исследованиях полимеров уже давно применяются обе методики, обе они дают информацию о термомеханических свойствах материала в согласии друг с другом и могут дополнять друг друга. Важно лишь, помня о различиях между ними, сознательно использовать эти методики в соответствии с задачами исследования и указывать каждый раз условия получения кривых.

Поэтому мы считаем возможным остановиться на определении, согласно которому термомеханические кривые рассматриваются как кривые температурной зависимости деформации или деформируемости под действием приложенного усилия, полученные в одном опыте для образца полимера при непрерывном закономерном изменении его температуры в широких пределах. Они представляют собой график в координатах ε — Τ, который характеризуется изменением скоростей нарастания деформации в температурных областях, где происходят те или иные физические либо химические превращения полимера. С этой точки зрения и может быть полезной также прямая запись производной деформации по температуре в координатах ( d ε/ dT )- T (ДТМА) [19].

Сидорович и Кувшинский [9] в качестве меры деформации полимера предложили удельную величину — податливость D , представляющую собой отношение измеренной деформации ε к величине напряжения σ, D = ε/σ.

Слонимский, Аскадский и Павлов [20] показали, что по ТМА-кривым, полученным при растяжении с сохранением постоянного напряжения и при специальном режиме нагрева, когда температура Τ (°Κ) задается в зависимости от времени τ соотношением Τ = a /( b — τ) (а и b — константы), возможно определение параметров, входящих в уравнение долговечности Журкова [21], и времени релаксации по уравнению Александрова—Гуревича [22, 23].

Ратнер, Френкель и Брохин [24] определили значения констант последнего из уравнений при исследованиях методом сжатия и пенетрации. Наблюдалось изменение температур перехода при варьировании времени действия силы в широких пределах (от 1 до 10 000 сек.). Температурно-временной режим при этом был, очевидно, весьма своеобразным. Что касается ТМА-кривых, получаемых в обычном эксперименте, то затруднительность точных вычислений на их основе механических параметров материала (хотя приближенные оценки и частных случаях вполне возможны) обусловлена рядом причин.

Во-вторых, деформации полимера резко различаются порядком величины в стеклообразном состоянии и в состояниях выше точки размягчения, особенно в области вязкого течения, что ставит различные требования к точности отсчета деформаций, соблюсти которые вряд ли возможно, имея дело с единой кривой и единой шкалой деформаций. Вследствие этого обычно приходится принимать упругие деформации в стеклообразном или кристаллическом состоянии полимеров равными нулю.

В-третьих, как упоминалось, в некоторых методиках регистрации ТМА-кривых фиксируется не только уровень деформации, Достигнутый под действием внешних сил, но и другие изменения, имеющие место при нагревании полимера,— разнообразные дилатометрические эффекты, связанные с тепловым расширением и вызванные различными физико-химическими процессами.

Ценность ТМА как одного из методов исследования полимеров заключается в возможности через условные механические показатели, пусть не имеющие значения физических констант, судить о физико-химическом состоянии полимера в широком температурном интервале и изучать процессы, происходящие при его нагревании [27—29]. Оставаясь в основном качественной методикой, ТМА дает тем не менее возможность проведения некоторых количественных оценок. К ним относятся: определение значений температур стеклования—размягчения и текучести, нахождение величины механического сегмента и оценка молекулярной массы, сопоставление уровней условной деформации ряда образцов, вычисление обратимой доли в этой деформации, определение температур плавления и полиморфных превращений кристаллических фаз и даже построение фазовой диаграммы Τ — σ, ориентировочная оценка степени кристалличности, нахождение энергии активации некоторых структурных переходов в ориентированных полимерах и др.

Необходимая степень стандартизации эксперимента при регистрации ТМА-кривых полимеров определяется характером поставленных задач. Сравнительно простая задача — нахождение температуры стеклования (размягчения) — не требует столь жесткого регламентирования условий проведения эксперимента, как это требуется уже при определении температуры текучести, значение которой сильно зависит наряду с другими факторами прежде всего от величины груза. Для получения же полного объема информации из ТМА-кривой в целом и сопоставления с данными, полученными в других экспериментах, для оценки величины деформаций и суждения о тонких изменениях состояния полимера совершенно необходимо строгое соблюдение стандартных условий. Все это следует иметь в виду при анализе данных, встречающихся в литературе. При постановке же новых исследований во всех случаях эксперимент должен быть проведен корректно, так, чтобы была исключена возможность артефактов. Поскольку ТМА-кривая является условной характеристикой полимера, условия ее получения должны быть строго выдержаны и точно указаны.

Трудно представить домашнюю утварь, аудио- и видеотехнику, компьютеры, спортивное снаряжение, автомобили и другую технику без неметаллических материалов – пластмассы, ламината, керамики, резины, стекла и др.
Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом синтетические. Создателем структурной теории химического строения органических соединений является А. М. Бутлеров.

Содержание

Введение
1. Общая характеристика полимеров
1.1 Понятие полимеров
1.2 Классификация
1.3 Свойства и важнейшие характеристики
2. Термомеханические свойства полимеров
3. Особенности строения и свойства
4. Получение полимеров
Список использованной литературы

Прикрепленные файлы: 1 файл

реферат.docx

Общая характеристика полимеров

Понятие полимеров

Классификация
Свойства и важнейшие характеристики

Термомеханические свойства полимеров
Особенности строения и свойства
Получение полимеров

Список использованной литературы

Знакомство со свойствами многих материалов в окружающем нас мире позволяет говорить об их необычности. Если металлы со свойственной им высокой прочностью и пластичностью являются для нас привычными, то имеется значительная группа материалов, поражающая необычным сочетанием свойств разнородных материалов.

Неметаллические материалы – это органические, и неорганические полимерные материалы: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика. В качестве конструкционных материалов они служат важным дополнением к металлам, в некоторых случаях с успехом заменяют их, а иногда сами являются незаменимыми. Достоинством неметаллических материалов являются такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость, диэлектрические свойства, делают эти материалы часто незаменимыми. Также следует отметить их технологичность и эффективность при использовании. Трудоемкость при изготовлении изделий из неметаллических материалов в 5–6 раз ниже, они в 4–5 раз дешевле по сравнению с металлическими. В связи с этим непрерывно возрастает использование неметаллических материалов в машиностроении автомобилестроении, авиационной, пищевой, холодильной и криогенной технике и др.

Двигатели внутреннего сгорания из керамики обходятся без водяного охлаждения, что невозможно при изготовлении их из металла; обтекатели ракет делают только из неметаллических материалов (графит, керамика). Трудно представить домашнюю утварь, аудио- и видеотехнику, компьютеры, спортивное снаряжение, автомобили и другую технику без неметаллических материалов – пластмассы, ламината, керамики, резины, стекла и др.

Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом синтетические. Создателем структурной теории химического строения органических соединений является А. М. Бутлеров

1.Общая характеристика полимеров

Полимерами называются высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных элементарных звеньев (мономеров), представляющих собой одинаковую группу атомов и связанных между собой химическими связями.

Макромолекулы представляют собой длинные цепи из мономеров, что определяет их большую гибкость. Отдельные атомы в мономерах соединены между собой довольно прочными ковалентными химическими связями. Между макромолекулами полимеров действуют значительно более слабые физические связи. Молекулярная масса их составляет от 5000 до 1000000. При таких больших размерах макромолекул свойства веществ определяются не только химическим составом этих молекул, но и их взаимным расположением и строением.

Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями.

Большой интерес, таким образом, представляет исследование возможности априорного предсказания химического и физического поведения полимера на основании анализа его строения. Такую возможность предоставляют методы молекулярной механики и молекулярной динамики, реализованные в виде компьютерных расчетных программ.

Классифицируются полимеры по различным признакам: составу, форме макромолекул, фазовому состоянию, полярности, отношению к нагреву и т.д.

По происхождению полимеры делятся на: природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы. Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например, поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза). Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров, чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются стереорегулярными.

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блок-сополимерами. К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми.

Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах одной макромолекулы, называются стереоблок- сополимерами.

В зависимости от состава основной (главной) цепи, полимеры делят на: гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен. Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевиноформальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры. Полимеры, макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы неорганогенных элементов, называются элементоорганическими. Отдельную группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая сера, полифосфонитрилхлорид.

По форме макромолекул полимеры делят на линейные (цеповидные), разветвленные, плоские, ленточные (лестничные), пространственные или сетчатые. Линейные макромолекулы полимера представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рис. 1, а).

Гибкие макромолекулы с высокой прочностью вдоль цепи и слабыми межмолекулярными связями обеспечивают эластичность материала, способность его размягчаться при нагреве, а при охлаждении вновь затвердевать (полиэтилен, полиамиды и др.).

Разветвленные макромолекулы (рис. 1, б), являясь также линейными, отличаются наличием боковых ответвлений, что препятствует их плотной упаковке (полиизобутилен).

Макромолекула лестничного полимера (рис. 1, в) состоит из двух цепей, соединенных химическими связями. Лестничные полимеры имеют более жесткую основную цепь и обладают повышенной теплостойкостью, большей жесткостью, они нерастворимы в стандартных органических растворителях (кремнийорганические полимеры).

Рис. 1. Формы макромолекул полимеров

Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и механических свойств. Важнейшие из этих свойств:

1.Способность образовывать высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и пленки;

2.Способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям;

3.Способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением;

4. Высокая вязкость растворов.

Этот комплекс свойств обусловлен высокой молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и, наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и неспособны к высокоэластичным деформациям.

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях. Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристаллов), тип которых во многом определяет свойства полимерного материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных) полимерах менее выражены, чем в кристаллических.

Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками. В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения макромолекул свойства полимеров могут меняться в очень широких пределах. Так, 1,4-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60 °С переходит в стеклообразное состояние. Полиметилметакрилат, построенный из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый стеклообразный продукт, переходящий в высокоэластичное состояние лишь при 100 °С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в строении макромолекул на первый взгляд и невелики. Так, стереорегулярный полистирол - кристаллическое вещество с температурой плавления около 235 °С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться и размягчается при температуре около 80 °С.

Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров существенно зависят от этих характеристик.

2. Термомеханические свойства полимеров

Особенности строения полимеров оказывают существенное влияние на их физико-механические и химические свойства. Вследствие высокой молекулярной массы они не способны переходить в газообразное состояние. Неспособны при нагревании образовывать низковязкие жидкости, а некоторые, обладающие термостабильной пространственной структурой, даже не размягчаются. С повышением молекулярной массы уменьшается их растворимость. При молекулярной массе (300-400)·103 и низкой плотности полимеры растворимы в растворителях, процесс протекает медленно, через стадию набухания, при этом образуются очень вязкие растворы. Если молекулярная масса достаточно велика или присутствуют высокополярные группы, то полимер становится нерастворимым ни в одном из органических растворителей.

Механические свойства полимеров (упругие, прочностные) зависят от структуры полимера, его физического состояния, температуры и т.д.

Полимеры могут находиться в трех физических состояниях:

Стеклообразное состояние – твердое, аморфное. Атомы, входящие в состав молекулярной цепи, совершают колебательное движение около положения равновесия; движения звеньев и перемещения макромолекул не происходит.

Высокоэластичное состояние присуще только высокополимерам, характеризуется способностью материала к большим обратимым изменениям формы при небольших нагрузках (происходит колебания звеньев и макромолекула приобретает способность изгибаться).

Вязкотекучее состояние подобно жидкому, но отличается от нее большей вязкостью. При этом подвижна вся макромолекула. С изменением температуры линейные и разветвленные полимеры могут переходить из одного физического состояния в другое.

Полимеры с пространственной структурой находятся только в стеклообразном состоянии.

Редкосетчатая структура позволяет получать полимеры в стеклообразном и высокоэластичном состоянии.

Различные физические состояния полимера обнаруживаются при изменении деформации с температурой. Графическую зависимость деформации, развивающейся за определенное время при заданном напряжении, от температуры называют термомеханической кривой (Приложение рис. 51). Кривая имеет три характерных участка, соответствующих трем физическим состояниям. Переход из одного состояния в другое происходит в некотором диапазоне температур. Средние температуры для переходных областей называют температурами перехода. Температура перехода из стеклообразного состояния (и обратно) называется температурой стеклования ТС; температура перехода из высокоэластичного состояния в вязкотекучее (и обратно) – температурой текучести ТТ. Область І является областью стеклообразного состояния полимера; между ТС и ТТ находится область ІІ – высокоэластичного состояния; за точкой ТТ – область ІІІ – вязкотекучего состояния.

Полимеры с линейными и разветвленными макромолекулами частицами

Полимеры ведут себя по-разному при нагревании. Полимеры, включая линейные и разветвленные полимеры, представляют собой пластики, которые размягчаются при повышении температуры и затвердевают при охлаждении. Такие полимеры называются термопластами.

Свойства термопластов обратимы при нагревании. Обратимость свойств термопластов, их достаточно низкая прочность (1-10 МПа) обусловлена их слабыми межмолекулярными связующими силами.

Структура таких полимеров может быть аморфной, частично кристаллической и кристаллической. Изделия из термопластов можно перерабатывать.

На начальных стадиях нагревания термореактивные полимеры имеют линейную структуру, которая размягчается и затвердевает в результате образования химических реакций и пространственных структур.

Даже если он повторно нагрелся, активный полимер tsrmor не размягчается и не может быть переработан.

Различия в физическом или фазовом состоянии полимера можно увидеть на кривых теплового движения, которые показывают изменение деформации пластического материала в результате приложения постоянной нагрузки при нагреве с постоянной скоростью.

Три сечения можно отличить по кривым, соответствующим трем физическим состояниям. В области А полимер находится в состоянии твердого аморфного стекла. Атомы и молекулы полимера с температурой ниже температуры стеклования tc испытывают только тепловое колебательное движение вблизи положения равновесия. Материалы характеризуются своими упругими свойствами при деформации.

При температурах ниже температуры хрупкости txp полимер становится хрупким, и его разрушение связано с разрывом химических связей в полимере.

Когда температура полимера превышает tc, частота тепловых колебаний атомов в нем увеличивается, отдельные сегменты полимера движутся, и скрученная часть полимера становится прямой линией. Полимер ориентирован в направлении приложенного напряжения. Материал упруго деформируется.

После разгрузки полимер под действием силы межмолекулярного взаимодействия принимает свой первоначальный вид.

Материал очень эластичный. Для высокоэластичных полимеров, таких как резина, величина обратимой деформации может достигать 500-800%. Пластическая деформация также возможна вблизи температуры текучести tT. При температурах выше ^ материал становится вязким. Отдельные звенья (сегменты) полимера постепенно вращаются, и весь полимер приобретает подвижность. Полимер будет в состоянии вязкого потока. В этом состоянии полимер перерабатывается в продукт.

Свойства термопластов

На термомеханической кривой нет области C или области D полимера с сетчатой структурой. Следовательно, он подвергается пиролизному разрушению (температура? E), не превращаясь в вязкое жидкое состояние. В редких цепных полимерах иногда наблюдается высокая эластичность (кривая 2).

Компоненты, изготовленные из полимерных материалов со стеклянной структурой, будут надежно работать с силовыми структурами в диапазоне температур от Xp до tc. Важно, чтобы температура Xp полимера была низкой, а температура tc была высокой. Когда высокое напряжение действует на стеклообразный полимер, возникает большая деформация, называемая вынужденной упругостью.

Максимальная кривая соответствует пределу вынужденной упругости. Когда полимер нагревают выше температуры tc, вынужденная упругая деформация является обратимой. Под действием нагрузки скрученный полимер распрямляется и растягивается, что приводит к вынужденной упругой деформации и развитию. По мере протекания материала происходит локальное истончение образца шейки.

В сечении ахшейка проходит по всей длине образца.

Кривая напряжения-деформации для кристаллических полимеров показывает более выраженную кривую перехода для кристаллических полимеров. После шейки (конец секции L) растяжение образца происходит при постоянном напряжении (секция C). В секции C шейка вытягивается на всю длину образца, после чего дальнейшая деформация образца происходит с увеличением напряжения (секция D) и заканчивается его разрушением.

Полученная в разделе С деформация не исчезает после разгрузки и достигает нескольких сотен процентов. В процессе пластической деформации кристаллических полимеров исходная структура изменяется и изменяется на новую структуру.

В этой структуре кристаллы имеют разные формы и ориентированы в одном направлении.

Изменение кристаллической структуры полимера при деформации называется рекристаллизацией.

Изделия термомеханические

Структурные характеристики макромолекул определяют зависимость механических свойств от продолжительности действия и скорости приложения нагрузки. Нагрузка, действующая на полимер, вызывает структурные изменения, связанные с линеаризацией, разматыванием и взаимным смещением полимера.

В результате полимер переходит в неравновесное термодинамически нестабильное состояние. Переход от неравновесного к равновесному (т. Е. Релаксация) может занять от нескольких секунд до нескольких дней (10 4 секунд) до нескольких дней, а иногда и месяцев.

Случай релаксации напряжений, когда относительное удлинение и ползучесть при статическом нагружении не изменяются, является практически важным. Когда образец мгновенно деформируется при определенном значении 6 и остается постоянным в структуре полимера, происходит перегруппировка, и в результате наблюдается постепенное падение напряжения.

В полимере с линейной структурой макромолекулы движутся друг к другу, и через некоторое время напряжение падает до нуля.

В полимерах с сетевой структурой между макромолекулами существует химическая связь, поэтому взаимное замещение невозможно. Процесс релаксации не разрывает межмолекулярные связи, напряжение является равновесным значением σ, а ns равно нулю.

На рисунке показана деформация во времени при постоянном напряжении. В линейных и поперечных сечениях йодных полимеров упругая деформация происходит непосредственно под действием приложенного напряжения (eupr, область 0/1).

Во-вторых, высокая упругая деформация (EEE) начинает происходить в результате развития полимера и перехода из сложенной структуры в вытянутую структуру.

Термомеханические свойства полимера обычно понимают как свойства механического поведения при различных термических условиях. Измеряя деформацию при непрерывно изменяющихся температурах, можно получить термомеханическую кривую полимера.

Вид полимеров

Для высокомолекулярных аморфных линейных полимеров термомеханическая кривая имеет три сечения, соответствующие трем физическим состояниям. Чтобы предотвратить механическое воздействие на полимер от изменения его структуры, необходимо приложить эффективную нагрузку и уменьшить размер.

Каждое расслабленное состояние полимера соответствует определенной доминантной деформации.

Первый участок соответствует стеклообразному состоянию, характеризующемуся небольшими деформациями, и полимер ведет себя как нормальное твердое вещество с высоким модулем упругости E = (20-50) 108 Па.

Второй участок соответствует состоянию высокой упругости с обратимой деформацией, которая в 1000 раз больше, чем упругий компонент, и имеет высокий модуль упругости (Evel = 105-106 Па

Третий раздел соответствует условиям вязкого потока. Это характеризуется пластической деформацией (течением) из-за взаимного движения полимера под действием приложенной силы. В общем случае фактическая деформация полимера должна рассматриваться как сумма трех деформаций.

Например, если пластмассы, волокна и пленки используются в отраслях промышленности, где требуется высокая прочность, их полимеры должны быть в стеклообразном или кристаллическом физическом состоянии. Резиновая промышленность требует высокоэластичных полимеров (эластомеров), которые сохраняют специфические свойства в широком диапазоне температур. Процесс переработки полимера происходит в основном в состоянии вязкого потока.

Детали из полимерных материалов

Многие пластики обладают высокой механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, низкой плотностью, высокой химической стойкостью, технологичностью и другими ценными свойствами, поэтому они используются в качестве электроизоляции, конструкционных материалов и специальных материалов. вы.

Электрическая изоляция в сочетании со структурными целями обычно используется при изготовлении различных панелей, траверс, соединителей, рам катушек, корпусов коллекторов электрических машин, а также изоляции кабелей и проводов.

Конструкции, используемые при изготовлении корпусов приборов, корпусов электрических машин и т. Д.

Специальный пластик с такими свойствами, как антифрикционная, электропроводность, магнитодиэлектрик, коррозионная стойкость, дуговая стойкость и оптические свойства.

Реферат на тему	На заказ	Образец и пример
Термомеханические свойства полимера	Различные ингредиенты, которые составляют полимерную композицию, обеспечивают определенные свойства.	Процесс релаксации полимера является сложным в реальных рабочих условиях в результате сшивания, разложения, старения и других процессов, которые изменяют структуру полимера.

В большинстве случаев пластмассы являются многокомпонентными и содержат другие компоненты помимо полимера (стабилизаторы, наполнители, пластификаторы, отвердители, красители, смазки и т. Д.). Чистые полимеры фактически не используются из-за высокой вязкости, низкой термической стабильности в энергии и механических воздействий на процесс получения продукта и его работу.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Физические состояния полимеров проявляются при оценке их термомеханических свойств путем изменения деформации при последовательно изменяющейся температуре в условиях постоянного нагружения.

Термомеханические кривые аморфных линейных полимеров.Для аморфных линейных полимеров высокой молекулярной массы термомеханическая кривая имеет три участка, соответствующих трем физическим состояниям. Действующая нагрузка должна быть заданной и малой по величине, чтобы механические воздействия на полимер не приводили к изменению его структуры.

Каждому из релаксационных физических состояний полимера соответствует определенный преимущественный тип деформаций (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Термомеханическая кривая аморфных полимеров

Участок I соответствует стеклообразному состоянию, для которого характерны малые деформации и полимер ведет себя как обычное твердое тело с высоким модулем упругости. Деформация полимеров в стеклообразном состоянии связана с проявлением упругости и обусловливается смещением атомов в макромолекулах, приводящих к изменениям межатомных расстояний и углов между направлениями валентных связей.

Участок II соответствует высокоэластическому состоянию с большими обратимыми деформациями, которые превосходят упругую составляющую в тысячи раз и характеризуются модулем высокоэластичности. Большие обратимые высокоэластические деформации, связанные с движением участков цепей макромолекул, свойственны только полимерам и обусловлены наличием больших гибких цепных молекул.

Участок III соответствует вязкотекучему состоянию, для которого характерна пластическая деформация (течение), связанная с взаимным перемещением макромолекул под действием температуры и приложенной нагрузки.

Взаимные переходы аморфных полимеров из одного физического состояния в другое не являются фазовыми превращениями, так как на температуры переходов Т_с и Т_т оказывают существенное влияние такие факторы, как скорость механического воздействия, скорость нагревания и т.д. Эти переходы в отличие от фазовых превращений происходят постепенно и непрерывно в некотором интервале температур.

Термомеханические кривые кристаллических полимеров

Термомеханические кривые таких полимеров зависят от соотношения температуры плавления кристаллов и температуры текучести такого же полимера в аморфном состоянии. В случае, когда Т_пл > Т_т (кривая 1), результатом плавления является образование вязкотекучей жидкости, тогда как при Т_пл Т_т наличие кристаллической фазы должно задерживать течение образца при Т_т и пластические деформации проявляются лишь при температуре Т_пл (кривая 1), а когда Т_пл

Читайте также: