Термомеханические свойства пластмасс. Аморфные полимеры (некоторые термопласты и все реактопласты). Температура стеклования. Параметры, влияющие на эффективную вязкость полимера, страница 7

Если плоскость А смещается в массе полимера относительно неподвижного элемента В, то деформация сдвига равна:

 

Величина деформации течения ε _Т безразмерна.

Скорость деформации сдвига равна:

 

где t – время

она определяет изменение деформации во времени. На элемент объёма полимера, находящегося между плоскостями А и Б (рис. Б) действуют растягивающие напряжения σ₁₁, σ₂₂, σ₃₃, а также касательные напряжения, равные напряжению течения σ₂₁ = σ₁₂ = σ_Т.

Под влиянием приложенного напряжения в текущем полимере одновременно развивается необратимая и обратимая высокоэластические деформации и общая деформация, равная их сумме:

 

где γ_общ – общая деформация течения

      γ_ВЭ – высокоэластическая деформация

      γ_{т ­} - деформация течения

По мере течения γ_ВЭ достигает максимального постоянного значения (обратимая деформация), а γ_т – необратимо увеличивается во времени. Состояние системы при котором она начинает течь с постоянной скоростью, называется установившимся течением.

Структуру текущей полимерной системы (расплава или концентрированного раствора), обычно представляют в виде флуктуационной сетки. Узлами сетки являются её контакты между макромолекулами и их ассоциатами (водородные донорно-акцепторные связи между соседними макроцепями, за счёт которых и образуются ассоциаты могут разрушиться не сразу или при дальнейшем повышении температуры).

При отсутствии нагрузки и постоянной температуре, плотность узлов флуактационной сетки постоянна, нагрузка,  вызывающая течение (взаимное перемещение макромолекул) разрушает часть узлов, сдерживающих деформирование, что приводит к быстрому понижению сопротивления течению, структурной релаксации (приспособлению полимера  к новым условиям), заканчивающейся установившимся течением (равновесное состояние)

Время

Время

а)                                                             б)

На рисунках представлено развитие общей деформации при низком (а) и высоком (б) постоянном напряжении сдвига. Отрезок 0 – А на обоих рисунках соответствует условно упругой деформации, т.е., успевшей развиться за время приложения нагрузки обратимой высокоэластической деформации. Участок А – 1 ограничивает достижение предельной высокоэластической деформации (прямой участок). При малой нагрузке наряду с этим происходит незначительное изменение структуры и начинается установившееся течение . Снятие малой нагрузки в любой момент времени приводит к релаксации (исчезновению) γ­_ВЭ и фиксации γ_Т – развившейся необратимой деформации.

При воздействии высокого напряжения сдвига, наблюдается быстрое нарастание высокоэластической деформации (А – 3) задерживается, одновременно начинается частичное разрушение межмолекулярных связей между молекулами, ассоциатами и внутри ассоциатов. Постоянное высокое нагружение способствует ускорению разрушения молекулярных связей (3 – 4).

После разрушения флуктуационной сетки начинается установившееся течение (за точкой 4). Протяжённость переходного участка (3 – 4) зависит от нагрузки и при увеличении её величины этот участок может выродиться в точку.

Вязкость полимерных систем

Течение идеальных жидкостей подчиняется закону Ньютона:

 

где: σ_Т – напряжение сдвига

            – скорость сдвига

         η – вязкость (коэффициент вязкости), характеризует сопротивление системы сдвигу, или внутреннее трение; величина постоянная при постоянной температуре. Физическая константа, зависящая для идеальных систем только от температуры и независящей от времени и режима деформирования (скорости и напряжения).

Графическая зависимость между скоростью и напряжением сдвига называется кривыми течения. Для идеальных Ньютоновских жидкостей выражается прямой линией, проходящей через начало координат.