Термомеханічні властивості полімерів

Взявши за основу відмінність енергії активації процесів переміщення різних за розмірами елементів макромолекули, розглянемо характер процесів, що відбуваються в лінійному полімерному матеріалі з неорієнтованим (аморфним) розташуванням молекул при зміні температури. Макромолекули в такому полімері при вільному обертанні відрізків молекули (ланок) навколо хімічних зв'язків звичайно перебувають у скрученому стані (у стані 2 і 3 на рис 1). При низьких температурах атоми в молекулі роблять теплові коливальні рухи біля по- ложень рівно- ваги. Ділянки молекул (лан- ки), а тим більше ціла молекула нерухома. З підвищенням температури починається переміщення ланок і груп ланок - сегментів молекули. При високих температурах можливе переміщення цілих макромолекул. Ці явища накладають специфічний відбиток на поводження полімерного матеріалу під навантаженням при відповідних температурних умовах.

За характеристику полімерного тіла, що перебуває під навантаженням, приймають величину деформації, що розвивається, при даній температурі за певний час і при заданому значенні деформуючої напруги.

Графік зміни деформацій від температури при відзначених умовах навантаження називається термомеханічною кривою.

При Т<Тс реалізується лише тепловий рух атомів (стан 1 Рис. 1). При навантаженні практично миттєво відбувається пружна оборотна деформація тіла за рахунок деякого збільшення відстані між протонами й розпрямлення валентних кутів у молекулі. Час релаксації цих процесів дуже короткий. Зростання навантаження після досягнення граничної пружної деформації призводить до ламкого руйнування тіла, це має місце, коли температура нижче Тх або Тс або коли навантаження відбувається з великою швидкістю. Таке поводження полімеру відповідає склоподібному стану матеріалу. Пружні деформації становлять 2-5%, модуль пружності G=20-60 мпа. Навантаження при Т>Тс відбувається в умовах, коли ланки й сегменти молекул рухливі. Під дією напруг крім пружної деформації відбувається випрямлення ділянок - сегментів макромолекул без того, щоб молекула в цілому перемістилася в нове положення: (сост.2). Деформації можуть бути дуже великі. Усунення сили приводить до зворотного скручування молекул і відновленню розмірів тіла. Це відбувається зі швидкістю яка визначається часом релаксації цього процесу за даних умов. Час релаксації може бути досить тривалим. Поводження полімеру в таких умовах відповідає високоеластичному стану. Деформація, коли Т>Тт відбувається в умовах рухливого стану цілих макромолекул. Під навантаженням макромолекули переміщаються одна відносно другої. За рахунок цього досягається залишкова деформація, що залишається після усунення діючих навантажень.

Поводження полімерів у цих умовах відповідає в’язкотекучому стану d.

Температури Тс і Тт є важливими характеристиками лінійних полімерів. Кожному із цих станів відповідає область технічного застосування полімерів: виробництво волокон та конструкційних деталей потребує використання полі -мерів у склоподібному стані; гумова промисловість полімерів, що перебувають у високоеластичному стані, можлива в більше широкому інтервалі температур.

Всі процеси переробки полімерів вимагають переводу їх у текучий стан, що досягається підвищенням температури, або введенням полімеру в розчин.