Деформационно-прочностные свойства полимеров

По твердости полимерные изделия, в зависимости от природы выбранных полимеров и наполнителей пластмассы могут быть твердыми и прочными или же гибкими и упругими.Степень кристалличности служит мерой упорядоченности молекулярных цепей. У разных кристаллических полимеров она колеблется в широких пределах, при этом большое влияние имеют условия синтеза полимера и получения образца.Со степенью кристалличности связаны такие важные свойства полимеров, как плотность, твердость, адгезия, прочность, проницаемость и др. Так, в ряду полиолефинов установлены следующие зависимости между степенью кристалличности и равновесным модулем упругости, с одной стороны, и коэффициентом диффузии с другой (табл. 2.1 – 2.2) [1].Таблица 2.1 - Степень кристалличности и температурные переходы термопластичных полимеровТаблица 2.2 - Стандартные показатели прочности термопластичных полимеров Данные о степени кристалличности и температурах физических переходов трех групп термопластичных полимеров конструкционного назначения обобщены в табл. 2.2, а физико-механические свойства полимеров каждой группы при обычных условиях представлены в тал. 2.2.Раздел 3 Деформационно-прочностные свойства полиэтилентерефталатаПолиэтилентерефталат (ПЭТФ, лавсан) – сложный полиэфир этиленгликоля и терефталевой кислоты (лавсан) [1]:ПЭТФ получают из диметилтерефталата и этиленгликоля через реакцию переэтерификации с последующей поликонденсацией дигликольтерефталата в расплаве в присутствии катализатора (например, ацетата цинка) в токе азота. Аморфные и низкокристаллические полимеры I группы, к которым относиться ПЭТФ, находящиеся в стеклообразном состоянии, при нормальной температуре имеют высокие и довольно близкие значения кратковременного модуля упругости и твердости с малым разбросом показателей в пределах одного и того же типа полимеров. По мере приближения к Тс модуль упругости полимеров этой группы плавно снижается (рис. 3.1)[1].Рис. 3.1 - Температурные зависимости стандартного кратковременного модуля упругости (Е) в интервале температур эксплуатации: 1 — полипропилен; 2 — ПТФЭ; 3 — ПЭ в. п.; 4 — ПЭ н. п.; 5 — ПБ-1.Ниже представлены температурные зависимости модуля ползучести ПЭТФ – рис 3.2. Рис. 3.2 - Температурные зависимости модуля ползучести (продолжительность действия нагрузки 100 с, относительное удлинение ε = 0,2%:1 — ПА-66' 2 — ПФ; 3 — ПВХ; 4 — ПММА; 5 — ПЭ в. п.; 6 — ПЭ н._п.; 7 — ПТФЭ.На рис. 3.3 приведены кривые ползучести в координатах ε — Ig t при нормальной температуре и средних нагрузках термопластичных полимеров и, в том числе, и ПЭТФ. На основании рассмотрения кривых ползучести, полученных при различных напряжениях, получают так называемые изохронные зависимости напряжение — деформации для различной длительности приложения нагрузки. Рис. 3.3 - Кривые ползучести при растяжении (20°С):1—ПФО (2,1 кгс/мм2); 2— ПФ (2,1 кгс/мм2); 3— ПА-6 (2,0 кгс/мм24— ПММА (2,1 кгс/мм2); 5—ПВХ (2,0 кгс/мм2); б—ПЭн. п. (0,22 кгс/мм2); 7 — ПП (0,7 кгс/мм2); 8 — ПК (2,1 кгс/мм2); 9 — ПТФЭ (1,4 кгс/мм2, сжатие); 10 — ПСу(2,1 кгс/мм2).Полиэтилентерефталат обладает высокой механической прочностью и ударостойкостью, устойчивостью к истиранию и многократным деформациям при растяжении и изгибе и сохраняет свои высокие ударостойкие и прочностные характеристики в рабочем диапазоне температур от –40 °С до +60 °С. ПЭТ отличается низким коэффициентом трения и низкой гигроскопичностью. Материал сочетает стойкость к удару (не разрушается при испытаниях ударной вязкости по Шарпи без надреза) с достаточной твердостью, жесткостью (предел текучести при растяжении – 40-60 МПа) и стойкостью к растрескиванию. Полиэтилентерефталат имеет хорошие антифрикционные свойства и износостойкость.При растяжении ПЭТФ, наблюдается очень резко выраженный переход от пластичного разрыва к хрупкому. Объяснение здесь основывается на том, чтоаморфный ПЭТФ при температурах выше Tg легко кристаллизуется. Если скорость растяжения достаточна для того, чтобы достигнуть температуры, необходимой для начала кристаллизации, а степень ориентации при этом такова, что кристаллизация происходит с заметной скоростью, то в этом случае образующиеся кристаллы могут подавить способность полимера к холодному течению.ВаморфномПЭТФнаблюдаются два главных релаксационных перехода. Высокотемпературный переход обусловлен стеклованием и связан с движением основных молекулярных цепей. В этом случае иное объяснение исключается, так как в этом полимере нет боковых групп.ЗаключениеВ первом разделе курсовой рассмотрены деформационно-прочностные свойства твёрдых тел. Показано, что деформационные свойства вязкоупругих тел описываются феноменологическими теориями, наиболее разработанной среди которых является теория линейной вязкоупругости, описывающая вязко-упругое тело как комбинацию идеально упругой и идеально вязкой компонент. Поведение идеально упругой составляющей описывается в терминах классической теории упругости обобщенным законом Гуна и характеризуется по крайней мере двумя упругими константами — модулем Юнга Е и коэффициентом Пуассона μ. Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.Упругость и высокоэластичность (эластичность) — свойства тела восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия внешних сил. В узком смысле под «упругими» часто имеют в виду только мгновенноупругие (точнее, происходящие со скоростью звука) деформации, которым отвечают модули упругости порядка 103—105 Мн/м2 104—106 кгс/см2). Для запаздывающих механически обратимых деформаций, которым соответствуют существенно меньшие модули упругости A—10 Мн/м2— для наполненных резин, 0,1 —10 Мн/м2— для типичных «мягких» резин, 10-4— 0,1 Мн/м2 — для пластифицированных резин и гелей), обычно употребляют термин «высокоэластические», относя его и к малым деформациям этих тел [3]. Хрупкость — свойство твердого тела разрушаться при малых упругих деформациях. Проявление хрупкости или пластичности определяется не только свойствами самого тела, но и временем воздействия: тела, разрушающиеся хрупко при больших кратковременных воздействиях, могут пластически деформироваться до разрушения при более слабых длительных воздействиях. Прочность — свойство твердого тела сохранять целостность при действии нагрузок. Обычно прочностные свойства материалов характеризуют пределом прочности (или просто прочностью) — величиной напряжения, при котором происходит разрушение тела в условиях нагружения, ведущегося в определенном режиме роста деформации и обычно продолжающегося не более нескольких минут. При более длительных воздействиях разрушение происходит и при напряжениях, значительно меньших предела прочности. Второйраздел курсовой работы описывает деформационно-прочностные свойства полимеров. Механические свойства полимеров принято характеризовать их деформационно-прочностными характеристиками. При этом исследуют поведение полимера при приложении к нему напряжения и определяют деформацию до момента разрушения образца. Полученные результаты обычно представляют в виде кривой зависимости напряжения от деформации.Высокой прочностью и низким удлинением характеризуются полимеры с высокой степенью кристалличности, большим числом поперечных связей или высокой Тст. Наоборот, полимеры с низкой степенью кристалличности или сшивки и низкими Тст, как правило, имеют высокое удлинение и низкую прочность. Аморфный полимер обычно теряет прочность выше Тст, а кристаллический полимер -выше Тпл.Таким образом, механические свойства полимеров сильно зависят от температуры. Для твердых (стеклообразных или кристаллических) полимеров важное значение имеет теплостойкость, т. е. способность не размягчаться (сохранять форму) при повышении температуры. Количественно эта характеристика определяется температурой, при которой в условиях действия постоянной нагрузки деформация образца не превышает некоторое значение.Третий раздел дает характеристику деформационно-прочностных свойствПЭТФ. Аморфные и низкокристаллические полимеры I группы, к которым относиться ПЭТФ, находящиеся в стеклообразном состоянии, при нормальной температуре имеют высокие и довольно близкие значения кратковременного модуля упругости и твердости с малым разбросом показателей в пределах одного и того же типа полимеров. По мере приближения к Тс модуль упругости полимеров этой группы плавно снижается.Описано, что при растяжении ПЭТФнаблюдается очень резко выраженный переход от пластичного разрыва к хрупкому. Объяснение здесь основывается на том, чтоаморфный ПЭТФ при температурах выше Tg легко кристаллизуется. Если скорость растяжения достаточна для того, чтобы достигнуть температуры, необходимой для начала кристаллизации, а степень ориентации при этом такова, что кристаллизация происходит с заметной скоростью, то в этом случае образующиеся кристаллы могут подавить способность полимера к холодному течению.ВаморфномПЭТФнаблюдаются два главных релаксационных перехода. Высокотемпературный переход обусловлен стеклованием и связан с движением основных молекулярных цепей. В этом случае иное объяснение исключается, так как в этом полимере нет боковых групп.Список литературыТростянская Е.Б. Термопласты конструкционного назначения. - М.: Химия, 1975. - 240 сЭнциклопедия Полимеров. Ред. коллегия: В. А. Кабанов (глав. ред. )[и др. ] Т.2 Л–Полинозные волокна. М., Сов. Энц. , 1974. 1032 с.