Молекулярное строение полимеров Релаксационный характер процесса деформации эластомеров

Релаксационный характер процесса деформации эластомеров

Характерная особенность процессов, имеющих место в полимерах, заключается в том, что они протекают не мгновенно, а требуют для своего осуществления значительных промежутков времени. Если равновесие в полимерной системе нарушено, то она возвращается в равновесное состояние не сразу, а по истечении времени. 

Процессы перехода из неравновесного состояния в равновесное, протекающие во времени в результате теплового движения кинетических единиц, называются релаксационными. Время, необходимое для полного завершения процесса релаксации, называется временем релаксации. При одной и той же степени отклонения разных систем от состояния равновесия быстрее придет в равновесие та, у которой либо выше температура, либо меньше размер кинетических единиц, либо меньше энергия взаимодействия между этими единицами. Скорость релаксации

 

 

где А – предэкспонента; Е – энергия активации (потенциальный барьер);        Т – температура; k – константа Больцмана.

При высокоэластической деформации, если время воздействия внешнего усилия длительно, перегруппировка сегментов успевает завершиться и приводит к максимальной деформации. Если же время мало, перегруппировка не успевает произойти, и деформация мала. Таким образом, высокоэластическая деформация, являясь разновидностью упругой, носит релаксационный характер.

Каждый полимер обладает своим значением высокоэластической деформации (Dэлоо).  Реально достигаемая величина (Dэл)  всегда меньше максимальной и приближается к ней в зависимости от температуры и соот-ношения времен релаксации (τ) и времени действия внешней нагрузки (t).

Критерий Деборы  (T/t):

 

где  

тогда  

Зависимость величины высокоэластической деформации от температуры показана на рис. 24.

 

Как и упругая деформация кристаллических тел, высокоэластическая деформация зависит от напряжения

  

Если образец эластомера подвергнуть быстрой деформации и зафиксировать ее, то напряжение, требуемое для поддержания постоянной деформации, будет с течением времени постоянно убывать

 

Это явление называется релаксацией напряжения и обусловлено тем, что при быстром растяжении происходит распрямление макромолекул, а флуктуационная сетка, образованная межмолекулярным взаимодействием, не успела разрушиться. При достаточно длительном времени тепловое движение приводит к распаду физических узлов сетки и постепенному сворачиванию клубков. При Qp все клубки переходят в термодинамически наиболее вероятное состояние.

Если к образцу приложить постоянное растягивающее напряжение, то в различные моменты времени будет наблюдаться все увеличивающаяся деформация (удлинение) образца   

 

На рис. 26 показана зависимость деформации D от времени t. Здесь D& соответствует максимальному равновесному значению деформации, соответствующему приложенному напряжению. Криволинейная зависимость указывает на то, что деформация как бы запаздывает. Такое явление называется релаксацией деформации, или упругим последействием.  

 


Рейтинг@Mail.ru

Яндекс.Метрика