Ползучесть. Явление механического гистерезиса

Составляющими общей деформации каучуков является эластическая дефор­мация и деформация течения, которые развиваются во времени. Постепенное развитие деформации называется ползучестью. Временная зависимость общей относительной деформации линейного полимера при постоянном напряжении выражается кривой ползучести (рис. 41).

Участок ОАБВ соответствует изменению деформации при нагружении, а уча­сток ВГД - при разгружении. Из рисунка следует, что после приложения нагруз­ки мгновенно развивается деформация OA, которая формально подчиняется за­кону Гука и называется условно-упругой деформацией.

На участке АБ развивается высокоэластическая деформация и деформация те­чения. Если за время t полностью развилась высокоэластическая деформация, то дальше развивается деформация течения т (участок БВ). На рисунке отрезок АА' отвечает высокоэластической деформации, а А'В' - необратимой деформа­ции.

При разгружении отрезок ВГ соответствует отрезку OA, что означает обра­тимое восстановление размеров образца. Далее изменение длины образца во времени протекает постепенно и соответствует высокоэластической деформа­ции, которая затем не изменяется (участок ГД). Отрезок ДД'' отвечает остаточ­ной деформации.

По данным рис. 41 можно определить коэффициент вязкости, условно-упругий модуль и модуль эластичности.

Коэффициент вязкости (h_СД) рассчитывается по формуле:

где - напряжение сдвига, - изменение относительной деформации во времени .

Условно-упругий модуль (E₁) определяется по формуле:

где - условно-упругая деформация (соответствует участку OA).

Модуль эластичности (E₂) определяется по формуле:

Здесь соответствует участку АА'.

К явлениям упругого последействия, кроме ползучести, относятся:

- зависимость модуля упругости Е_упр от скорости деформирования или частоты воздействия, механические потери (механический гистерезис);

- релаксация напряжения при постоянной деформации.

Отличием ползучести полимеров в стеклообразном состоянии от ползучести в высокоэластическом состоянии является значительно меньшая величина необратимой деформации, которая может развиться только при очень больших временах действия нагрузки.

Если образец аморфного полимера быстро растянуть и закрепить в этом положении, то напряжение в образце с течением времени уменьшается (по экспоненте). Это вызвано тем, что под действием этого напряжения макромолекулы, не успевшие изменить конформацию за время деформирования, изменяют конформацию – вытягиваются. В неполярных полимерах это происходит быстрее, чем в полярных, так как в неполярных межмолекулярное взаимодействие слабее.

Механический гистерезис – связан с несовпадением скоростей деформации при нагружении и разгрузке, при этом происходит отставание деформации от напряжения.

Если за время действия нагрузки успела развиться пластическая деформация (вязкое течение), то образец уже никогда самопроизвольно не восстановит своей исходной формы. Если же цикл нагружения был проведён так быстро, что вязкое течение не успело начаться, то вся «остаточная деформация» впоследствии исчезнет.