Механические воздействия на полимеры

Цель работы: ознакомится с основами работы на разрывной машине, провести на ней испытания композиций, полученных в работе «Пластизоли».

Теоретическая часть:

Механические свойства полимеров — это комплекс свойств, которые определяют механическое поведение при действии внешних сил. Под действием механических сил все тела деформируются, а при больших или длительных воздействиях разрушаются. При этом деформации могут быть полностью обратимыми (упругими) и необратимыми (пластическими), поэтому следует принять, что в общем случае под разрушением понимают не только необратимый распад материала на части, но и необратимое пластическое течение, которое характеризуется остаточной (необратимой) деформацией. Последняя приводит к изменению размеров и (или) формы изделий. В соответствии с этим различают деформационные и прочностные свойства полимеров. Наличие большого числа структурных параметров полимеров определяет особенности их механических свойств: химический состав, молекулярная масса, конформационное состояние, степень разветвленности, сшивание, степень кристалличности. Кроме структурных параметров макромолекулы механические свойства полимеров существенно зависят от внешних факторов, таких как температура, длительность, скорость или частота напряжения, давление, вид напряженного состояния, термическая предыстория материала.

Важнейшими механическими свойствами являются упругость и высокоэластичность, то есть способность тела восстанавливать размеры и форму после прекращения действия внешних сил. Понятия упругости и высокоэластичности не эквивалентны. Под упругостью подразумевают деформации, развивающиеся со скоростью звука, то есть мгновенные, под эластичностью — высокоэластичные деформации, запаздывающие во времени. Количественно упругость и эластичность оценивают модулем упругости Е (модуль Юнга), определяемым по закону Гука: у = Е*е (у — напряжение, е — относительная деформация). Модуль упругости характеризует сопротивление полимера изменению размера и формы под действием внешней силы.

Для полимеров характерна более выраженная температурно-временная зависимость механических свойств по сравнению с другими материалами. Эта зависимость обусловлена вязкоупругой природой деформации полимеров, то есть поведением материала, сочетающим в себе одновременно свойства вякой жидкости и чисто упругого твердого тела. Вязкоупругость какого — либо материала или жидкости будут проявляться в том случае, когда время воздействия на него (t) соизмеримо со временем релаксации (ф). Если ф>t, будут проявляться упругие свойства, при t> ф — течение.

Существует большое количество методов механических испытаний полимерных материалов в соответствии с характером воздействй, которым они подвергаются в процессе эксплуатации. К ним относятся деформации при растяжении, сжатии, изгибе, сдвиге, кручении. Наиболее часто при изучении деформационных свойств полимеров используют результаты испытаний при растяжении. Метод заключается в растяжении образца полимера с постоянной скоростью и регистрацией деформации и напряжения (силы). Соответствующая зависимость: напряжение (у) — деформация (е) называется деформационной кривой растяжения (напряжение у = F/S, где F — приложенная сила, S — площадь поперечного сечения образца). Вид деформационной кривой зависит от физического состояния полимера и температуры. механический полимер пластический деформация При любых механических воздействиях на полимеры в них происходят так называемые релаксационные переходы, связанные с возникновением или исчезновением подвижности тех или иных фрагментов макромолекул (заместителей, звеньев цепи, сегментов) или макромолекул в целом. В общем случае под релаксационными явлениями в полимерах понимают изменение их свойств во времени, обусловленное достижением равновесного состояния. В основе механических релаксационных явлений в полимерах, которые проявляются как зависимость упругости и вязкости от времени, лежит явление вязкоупругости. К важнейшим проявлениям вязкоупругих свойств полимеров относятся:

• — релаксация напряжения и ползучесть при статическом характере нагрузки;
• — отставание деформации от напряжения (или наоборот) при динамических нагрузках или деформациях.

Также одной из важнейших характеристик прочности является долговечность. Если к полимерному образцу приложить деформирующую силу заведомо меньшую уr, то рано или поздно он разрушается. Время от начала приложения к полимеру напряжения до его разрушения при у = const называется долговечностью. Связь между долговечностью полимера (ф) и величиной приложенного напряжения у описывается уравнением, впервые предложенным Журковым:

Ф = Ае-ау, Где а, у — постоянные, зависящие от природы материала и температуры.

Практическая часть:

Для полученных в работе «Пластизоли» образцов пластизолей на основе ПВХ провели измерения их ширины, толщины и испытали 5 из них на разрывной машине. С помощью ЭВМ автоматически был построен график зависимости удлинения в % от напряжения в N. Условия испытаний и график приведены в конце работы. По полученным результатам сделали выводы о механических свойствах полученных в работе «Пластизоли» образцов.

Вывод

В ходе данной работы были получены графики зависимости удлинения в % от напряжения в N на основании которых можно сделать вывод, что полученные образцы пластизолей на основе ПВХ обладают достаточно большой прочностью, но низкой эластичностью по сравнению с композициями, полученными студентом Маньковой.

Список используемой литературы

• 1. Методическое пособие «Механические свойства полимеров», Л. А. Смирнова, Н. Новгород, изд-во ННГУ им. Лобачевского, 2005 г., 19 стр.
• 2.

  Введение

  в химию и физику полимеров, Ю. Д. Семчиков, Н. Новгород, изд-во ННГУ, 2007 г., 257 стр.