Всякое изменение формы тела под действием внешних сил, называется деформацией.

Деформация бывает о братимой и необратимой (остаточной).

 

При обратимой деформации после устранения внешних сил полностью восстанавливается первоначальная форма тела; материалы, которые ведут себя подобным образом называются упругими или эластичными, а их деформация – упругой или эластической.

 

При остаточной деформации вновь приобретенная форма сохраняется после прекращения действия внешних сил (пластические тела или пластическая деформация).

Часто наблюдается два вида деформации одновременно, т.е. после снятия внешнего воздействия первоначальная форма тела восстанавливается не полностью – процесс носит частично обратимый характер.

 

При наличии достаточно больших сил и температуры упругая деформация может переходить в пластическую. Этим явлением пользуются при формовании различных изделий. Эффект, вызванный внешними силами (нагрузкой) зависит не только от величины, но и от направления ее (их) и поперечного сечения деформируемого образца.

 

Закон Гука: σ = Е · ε;, где ε – относительная деформация;

Е – модуль упругости;

σ – удельная нагрузка на образец

 

Е – напряжение, которое необходимо приложить к телу для того, чтобы относительная деформация равнялась 1 (Е = σ при ε = 1). Характеризует способность того или иного тела упруго деформироваться.Е зависит от природы тела, температуры и других факторов. Различают модуль растяжения, изгиба, сдвига и др.

Важнейшей характеристикой полимера является термомеханическая кривая, отражающая зависимость деформации от температуры.

Приборы для снятия этой зависимости – консистометры. Задают постоянную нагрузку и снимают зависимость деформации от температуры.

 

Рис.1. Термомеханическая кривая аморфного полимера.

 

 

На термомеханической кривой различают 4 области:

I - область стеклообразного состояния – это область до Т_ст – деформация мала, и ее величина пропорциональна температуре. Полимер подчиняется закону Гука. Так как полимеры при температурах < Т_ст имеют сходство (прозрачность, хрупкость..) с обыкновенным силикатным стеклом, состояние до Т_ст называют стеклообразным, Т_ст – температурой стеклования.

II – переходная область;

III – область высокоэластического состояния – это область, в которой деформация обратима, в зависимости от температуры незначительно изменяется; модуль упругости имеет небольшое значение;

IV – область вязкотекучего состояния (> Т_ст). полимер находится в вязкотекучем состоянии, течет как вязкая жидкость. Вблизи Т_тек нагрев приводит к резкому увеличению деформации. которая теперь необратима (пластическая деформация).

 

Т_хр –температура хрупкости; Т_с – температура стеклования; Т_т – температура текучести; звёздочкой отмечена точка начала термодеструкции.

 

NB!Отличительная особенность полимеров: большой интервал между Т_ст – Т_тек (около 150˚С). В этом интервале возникает новое физическое состояние – высокоэластическое, обусловленное наличием больших гибких цепных молекул.

 

 

Рис.2. Зависимость деформации от температуры для низкомолекулярных веществ: а – кристаллическое тело; б – аморфное тело.

 

 

Рис. 3. Кривые растяжения стали и каучука: 1 – сталь; 2 – каучук

 

Деформируя высокоэластический полимер, мы меняем степень изогнутости его макромолекул, переводим их из более вероятного состояния в менее вероятное. После прекращения деформационной нагрузки полимер под действием теплового движения возвращается к первоначальному состоянию.

 

 

Релаксационные процессы в полимерах.

При любом внешнем воздействии на систему, находящуюся в рановесии, в ней происходит перестройка, приводящая к изменению всех ее свойств, стремящихся к значениям, соответствующим новому состоянию равновесия.

 

Рис.4. Изменение относительного удлинения аморфного полимера при σ = сonst 6 1 – линейный полимер; 2 – трёхмерный полимер

 

Для низкомолекулярных веществ длительность этих перестроек 10^-8 – 10^-10 с. В основе этих перестроек лежит тепловое движение. В полимерах для осуществления конформационных переходов требуется время, которое зависит от молекулярной массы, межмолекулярных взаимодействий, температуры.