CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE POLIMERÓW
Temperatura, warunki pomiaru, struktura chemiczna i fizyczna polimeru
NISKIETEMPERATURYLUB DUŻE SZYBKOŚCI ODKSZTAŁCEŃ
polimery zachowują się jak kruche ciała szkliste o dużej sztywności, ulegające zniszczeniu już przy niewielkich odkształceniach, wykazują cechy charakterystyczne dla ciał sprężystych, a zwłaszcza istnienie odkształceń odwracalnych, rosnących najczęściej proporcjonalnie ze wzrostem naprężenia.
WZROST TEMPERATURY LUB ZMNIEJSZENIE SZYBKOŚCI ODKSZTAŁCENIA
wzrost odkształcalności do chwili zniszczenia, występowanie odkształceń nieodwracalnych oraz zależność naprężeń od szybkości odkształceń
Tensor –uogólnienie pojęcia wektora; wielkość, której własności pozostają identyczne niezależnie od wybranego układu współrzędnych
Tensor szybkości odkształcenia- czasowa pochodna dowolnego tensora deformacji w określonej chwili czasu. Niezerowa składowa tensora szybkości odkształcenia nie leżąca na przekątnej głównej nosi miano szybkości ścinania.
Zachowanie sprężyste.
Ciało sprężyste jest układem, w którym odkształcenie powstaje lub zanika natychmiast po przyłożeniu lub usunięciu naprężenia, przy czym wielkość tego odkształcenia zależy jedynie od wielkości przyłożonego naprężenia. Wynika stąd, że odkształcenie sprężyste ma dwie następujące właściwości:
a)jest niezależne od czasu,
b)jest odwracalne.
Odkształcenie lepkie:
a)jest zależne od czasu,
b)jest nieodwracalne
Moduły sprężystości:
K – moduł sprężystości objętościowej (Hemholtza)
P=K*(deltaV/V0 )
G – moduł sprężystości postaciowej (Kirchoffa)
Tał= G*gamma
E – moduł sprężystości podłużnej (Younga)
Sigma=E*ipsylon
Zależność pomiędzy 3 modułami! :
1/E=1/3G+1/9K
Dla polimerów o małej ściśliwości no kauczuku:
E=3G
Liczba Poissona, bedącą stosunkiem odkształcenia w kierunku prostopadłym do kierunku rozciągania
SPRĘŻYSTE ZACHOWANIA POLIMERÓW:
Procesy przebiegające w polimerze na poziomie cząsteczkowym w czasie jego deformowania:
dW=dU-TdS gdzie
W - -praca sił zewnętrznych, związana z izotermiczno-izochorycznym odkształceniem materiału polimerowego, równa zmianie energii swobodnej,
U – energia wewnętrzna
S – entropia
(ale to już powinieneś wiedzieć z jebanej TERMODYNAMIKI) (: (:
Procesy przebiegające w polimerze na poziomie cząsteczkowym w czasie jego deformowania:
Poniżej temperatury zeszklenia łańcuchy polimerowe wykazują bardzo małą ruchliwość. W polimerze poddawanym deformacji w stanie szklistym mogą zachodzić jedynie stosunkowo niewielkie zmiany odległości międzyatomowych i odkształcenia kątów wartościowości bez zmiany konfiguracji makrocząsteczki jako całości. Procesy te wpływają w pierwszej kolejności na zmianę energii wewnętrznej przy pomijalnie małych zmianach entropii. Sprężystość polimerów w stanie szklistym związana z opisanymi procesami nosi nazwę sprężystości energetycznej.
Sprężystość entropowa – sprężystość polimerów w stanie wysokoelastycznym
ZACHOWANIE PRZY OBCIĄŻENIACH STATYCZNYCH
Wytrzymałość na rozciąganie:
Wykres i opis tego wykresu:
I - W stanie szklistym-kruchym dzięki bardzo dużej sztywności naprężenie rozciągające wzrasta bardzo szybko ze wzrostem odkształcenia, przy czym zależność ta ma charakter liniowy prawie do momentu zniszczenia próbki.
II - stan wymuszonej sprężystości . W zakresie małych odkształceń naprężenie narasta liniowo ze wzrostem odkształcenia, nachylenie prostej σ=f(ε) w tym zakresie jest mniejsze niż dla stanu szklisto-kruchego, co wskazuje na spadek sztywności (modułu Younga) polimeru na skutek wzrostu ogólnej ruchliwości cząsteczek polimeru.
III - zakres wysokoelastyczny . Naprężenie wzrasta monotonicznie, lecz nieliniowo z odkształcaniem, aż do zerwania. Dominującą rolęo dgrywają tu efekty sprężyste związane ze sprężystością entropową oraz efekty lepkosprężyste.
IV i V odnoszą się do stanu ciekłego
Wytrzymałość na ściskanie (wzory):
ypsylon = delta h / h0
sigma=4F/Pi*D2
Wytrzymałość na zginanie (wzory):
ypsylon=S/l
sigma=3Fl/2bh2
S-strzałka ugięcia, l – odległość podpór, F – siła zginająca, b-szerokość próbki, h- dł. próbki
Wytrzymałość na ścinanie (wzory):
Naprężenie: Tał= F/(pierwiastek(2)*l*h)
Odkształcenie postaciowe: Gamma=(l12-l22)/2l1l2
Udarność:
Wzrost szybkości odkształcenia polimeru wywołuje efekt podobny jak obniżenie temperatury, tzn. w zachowaniu polimeru coraz intensywniej ujawniają się cechy stanu szklisto-kruchego, takie jak wzrost sztywności i zmniejszenie odkształcalności . Rozróżniamy udarność z karbem i bez karbu.
Najbardziej popularną metodą oznaczania udarności polimerów jest metoda Charpy'ego, która przypomina oznaczenie wytrzymałości na zginanie prowadzone przy bardzo dużej szybkości zginania.
U=L/F0 gdzie U-udarność, L- zmiana energi całkowitej młota, Fo- powierzchnia przekroju próbki
Wytrzymałość materiału:
W przypadku obciążeń lub odkształceń dynamicznych, zmieniających się w czasie (np. okresowo), zniszczenie próbki polimeru może nastąpić przy średnich naprężeniach lub odkształceniach nawet o 80% mniejszych niż w warunkach statycznych, jeśli tylko zmienne naprężenie lub odkształcenie działa dostatecznie długo. Proces ten określa się mianem zmęczenia materiału.