Зависимость температур стеклования и текучести от различных факторов

1. Зависимость от внешних факторов. При эксплуатации полимеров важнейшими внешними факторами являются величина механической нагрузки и скорость ее приложения. Здесь существует простая закономерность: чем больше величина нагрузки и чем длительнее время ее действия, тем ниже температуры стеклования и текучести данного полимера.

Эта закономерность прямо следует из релаксационного характера процессов деформации полимеров. А. Чем больше величина приложенной силы, тем быстрее перемещаются сегменты и молекулы, т.е. тем меньше времена релаксации их перемещения (τ). Следовательно, при действии большей нагрузки соизмеримость времен релаксации и действия силы будет достигнуто при более низкой температуре (разумеется, при одном и том же времени действия разных нагрузок), что и означает уменьшение Т_с и Т_т.

Б. Чем продолжительнее действие силы (чем больше t), тем более низкая температура требуется для достижения соизмеримости времен релаксации и действия силы (естественно, при одной и той же величине нагрузки).

Таким образом, увеличение нагрузки сближает величины t и τ за счет уменьшения величины τ, а увеличение продолжительности ее действия – за счет роста величины t. Зависимость Т_с и Т_т от времени действия нагрузки – классическая иллюстрация принципа температурно-временной суперпозиции по отношению к полимерным материалам.

Зависимость температуры стеклования от величины и продолжительности действия нагрузки можно проиллюстрировать фрагментами термомеханических кривых, построенных для разных условий деформации (рис. 27):

Рис.27. Термомеханические кривые в области температур стеклования для разных условий деформации аморфного полимера

Если к образцу прилагались нагрузки разной величины (при одном и том же времени действия), то кривая 1 соответствует наибольшей нагрузке (F), кривая 3 – наименьшей (F₁ > F₂ > F₃). Если прилагалась одна и та же нагрузка в течение разного времени, то кривая 1 соответствует наибольшей продолжительности (t) действия нагрузки, кривая 3 – наименьшей (t₁ > t₂ > t₃).

Аналогичные кривые можно построить и в области температуры текучести.

Данные закономерности имеют важное практическое значение, в частности, при испытаниях свойств полимерных материалов. Например, при оценке теплостойкости пластмасс необходимо определить наинизшую температуру, при которой они могут размягчаться в условиях эксплуатации, т.е. наинизшую Т_с; естественно, при испытаниях следует прилагать большие и продолжительные нагрузки. Напротив, при оценке морозостойкости резины необходимо определить наивысшую температуру, при которой она теряет эластичность, т.е. наивысшую Т_с; для этого следует использовать небольшие и кратковременные нагрузки (да и реально, например, шина при движении автомобиля испытывает весьма кратковременные нагрузки на каждый участок). Зависимость температуры текучести от условий позволяет заключить, что переработка полимеров в изделия может происходить при более низкой температуре, если увеличить силу и продолжительность механического воздействия на полимер.