Явление гистерезиса

Сегментальная подвижность в полимерных материалах наиболее полно реализуется в высокоэластическом состоянии. Деформации полимеров в этом состоянии являются большими и обратимыми. Обратимость полимерных материалов, однако, носит релаксационный характер, т.е. растянута во времени. Это приводит к несовпадению кривых нагрузка-удлинение при нагружении и разгружении - явлению гистерезиса (рис. 3.7).

Если скорость деформации эластомера больше скорости конформационной перестройки структуры под действием растягивающего усилия, то деформация не успевает полностью развиться за время действия деформирующего усилия. Величина деформации образца будет ниже равновесной (рис. 3.7, 1), так как скорость перестройки формы макромолекул меньше скорости прилагаемого напряжения. Деформация частично обусловлена изменением расстояний между макромолекулами и их взаимным перемещением. На начальном участке кривой (I) деформация мала и имеет преимущественно гуковскую природу, на участке II происходит раскручивание макромолекул и преобладает высокоэластический механизм. На участке III деформируются частично выпрямленные макромолекулы, что связанно с деформацией валентных углов, т.е. вновь преобладает гуковская деформация.

При разгрузке образца скорость разгружения больше скорости возвращения макромолекул в недеформированное состояние: образец не успевает полностью сократиться, и значение деформации оказывается в каждый момент времени разгружения больше равновесного.

Рис. 3.7. Зависимость нагрузка-удлинение для аморфного полимера:

1 - растяжение образца со скоростью, большей, чем скорость перестройки элементов структуры;

2 - сокращение образца со скоростью, большей, чем скорость

перестройки элементов структуры;

1’, 2’ - совпадение кривой растяжения и сокращения при деформировании образца со скоростью, меньшей, чем скорость перестройки элементов структуры

Если при деформации не происходило необратимое смещение макромолекул вследствие вязкого течения, то по достижении макромолекулами равновесной свернутой конформации остаточное удлинение образца равно нулю. Если же вязкое течение имело место, то образец никогда уже не примет свою прежнюю форму, и истинная остаточная деформация в нем соответствует величине смещения макромолекул.