Релаксационные свойства полимеров - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Релаксационные свойства полимеров, слайд №1

Релаксационные свойства полимеров, слайд №2

Релаксационные свойства полимеров, слайд №3

Релаксационные свойства полимеров, слайд №4

Релаксационные свойства полимеров, слайд №5

Релаксационные свойства полимеров, слайд №6

Релаксационные свойства полимеров, слайд №7

Релаксационные свойства полимеров, слайд №8

Релаксационные свойства полимеров, слайд №9

Релаксационные свойства полимеров, слайд №10

Релаксационные свойства полимеров, слайд №11

Релаксационные свойства полимеров, слайд №12

Релаксационные свойства полимеров, слайд №13

Релаксационные свойства полимеров, слайд №14

Релаксационные свойства полимеров, слайд №15

Релаксационные свойства полимеров, слайд №16

Релаксационные свойства полимеров, слайд №17

Релаксационные свойства полимеров, слайд №18

Релаксационные свойства полимеров, слайд №19

Релаксационные свойства полимеров, слайд №20

Релаксационные свойства полимеров, слайд №21

Релаксационные свойства полимеров, слайд №22

Релаксационные свойства полимеров, слайд №23

Релаксационные свойства полимеров, слайд №24

Релаксационные свойства полимеров, слайд №25

Релаксационные свойства полимеров, слайд №26

Релаксационные свойства полимеров, слайд №27

Релаксационные свойства полимеров, слайд №28

Релаксационные свойства полимеров, слайд №29

Релаксационные свойства полимеров, слайд №30

Релаксационные свойства полимеров, слайд №31

Релаксационные свойства полимеров, слайд №32

Релаксационные свойства полимеров, слайд №33

Релаксационные свойства полимеров, слайд №34

Релаксационные свойства полимеров, слайд №35

Релаксационные свойства полимеров, слайд №36

Релаксационные свойства полимеров, слайд №37

Релаксационные свойства полимеров, слайд №38

Релаксационные свойства полимеров, слайд №39

Релаксационные свойства полимеров, слайд №40

Релаксационные свойства полимеров, слайд №41

Релаксационные свойства полимеров, слайд №42

Релаксационные свойства полимеров, слайд №43

Релаксационные свойства полимеров, слайд №44

Релаксационные свойства полимеров, слайд №45

Релаксационные свойства полимеров, слайд №46

Релаксационные свойства полимеров, слайд №47

Релаксационные свойства полимеров, слайд №48

Релаксационные свойства полимеров, слайд №49

Релаксационные свойства полимеров, слайд №50

Релаксационные свойства полимеров, слайд №51

Релаксационные свойства полимеров, слайд №52

Релаксационные свойства полимеров, слайд №53

Релаксационные свойства полимеров, слайд №54

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Релаксационные свойства полимеров. Доклад-сообщение содержит 54 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Релаксационные свойства полимеров

Слайд 2

Описание слайда:

Общие закономерности релаксации Переход любой системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией. Для простых релаксирующих систем скорость приближения к равновесию пропорциональна отклонению системы от состояния равновесия.

Слайд 3

Описание слайда:

Общие закономерности релаксации Скорость приближения к равновесию пропорциональна отклонению системы от равновесия. Скорость перехода к ненапряженному состоянию пропорциональна напряжению: (1) Где - коэффициент пропорциональности, зависящий от структуры и свойств исследуемой системы, - напряжение в образце, - скорость релаксации напряжения.

Слайд 4

Описание слайда:

Общие закономерности релаксации После разделения переменных и интегрирования получим: (2) Пусть , тогда выражение (2) примет вид: Время релаксации – это то время, за которое начальное напряжение уменьшилось в е раз.

Слайд 5

Описание слайда:

Общие закономерности релаксации Скорость релаксации тем больше, чем меньше С другой стороны , тем меньше, чем больше скорость теплового движения сегментов. Следовательно уменьшается с ростом температуры. У более гибких макромолекул полимера меньше длина кинетического сегмента (легко перемещаются при данной температуре), меньше время релаксации .

Слайд 6

Описание слайда:

Общие закономерности релаксации Меняя температуру и полярность полимеров, можно изменить время релаксации (оценка сопоставлением с временем действия внешней силы). Весь комплекс механических свойств определяется соотношением между временем релаксации и временем действия силы (критерий Деборы).

Слайд 7

Описание слайда:

Общие закономерности релаксации Чем меньше критерий Деборы, тем быстрее релаксирует система. Низкое значение D характерно для низкомолекулярных жидкостей. Однако, если деформирующая система действует на полимер длительное время, то D окажется небольшим даже для большого . (Битум)

Слайд 8

Описание слайда:

Способы изучения релаксационных явлений Четыре способа исследования релаксационных явлений: Релаксация напряжения, Ползучесть, Кривая напряжение – деформация, Многократные циклические деформации.

Слайд 9

Описание слайда:

Релаксация напряжения Образец эластомера быстро деформируют на заданную величину и сохраняют в деформированном состоянии, замеряют зависимость напряжения от времени.

Слайд 10

Описание слайда:

Релаксация напряжения В первый момент времени фиксируется начальное напряжение (молекулярные клубки развернулись, узлы флуктуационной решетки не успели распасться). Постепенно клубки сворачиваются, узлы флуктуационной решетки распадаются.

Слайд 11

Описание слайда:

Релаксация напряжения Когда происходит перегруппировка всех узлов, клубки макромолекул переходят в свернутое состояние. В этот момент напряжение в образце падает до 0, структура становится такой же как до растяжения.

Слайд 12

Описание слайда:

Релаксация напряжения Сама деформация растяжения не изменяется (по-прежнему 100%). Это возможно, если в процессе сворачивания клубков, клубки одновременно смещались относительно друг друга (процесс течения макромолекул).

Слайд 13

Описание слайда:

Релаксация напряжения После освобождения из зажимов - образец не сократится (эластическая деформация перешла в деформацию течения) Если эластомер вулканизирован (кривая 2) - напряжения релаксируют до тех пор пока не сосредоточатся в узлах химической сетки.

Слайд 14

Описание слайда:

Релаксация напряжения Химические связи препятствуют необратимому перемещению клубков, но не препятствуют перемещению сегментов. Если образец освободить от зажимов, то он полностью восстановится, и только тогда напряжение упадет до 0.

Слайд 15

Описание слайда:

Модель Максвелла Полностью обратимая деформация развивается в идеально упругой стальной пружине, а полностью необратимая при нагружении поршня, помещенного в идеальную жидкость. При последовательном соединении упругого и вязкого тел получается модель Максвелла.

Слайд 16

Описание слайда:

Модель Максвелла Под действием напряжения σ в модели возникает деформация: По закону Гука упругая деформация в пружине: (3) Скорость нарастания деформации: (4) Перемещение поршня в жидкости (закон Ньютона- чем больше напряжение, тем больше скорость течения): (5)

Слайд 17

Описание слайда:

Модель Максвелла Скорость общей деформации равна сумме скоростей развития упругой и вязкой составляющих: (6) В случае релаксации напряжения деформация постоянна, а это значит , тогда: (7) Интегрируем в пределах от σ0 до σ и от 0 до t. (8) Где

Слайд 18

Описание слайда:

Модель Максвелла При t= получим: (9) Время релаксации равно времени t, в течении которого напряжение падает в е раз. При большом времени наблюдения напряжение в образце упадет до 0. Логарифмируя (8) получим: (10)

Слайд 19

Описание слайда:

Ползучесть Для изучения релаксационных явлений образец быстро нагружают и следят за ходом приложенной нагрузки. При этом поперечное сечение образца со временем уменьшается и одна и та же нагрузка вызывает возрастающее напряжение.

Слайд 20

Описание слайда:

Ползучесть Под действием нагрузки макромолекулярные клубки разварачиваются и часть сегментов перемещается в направлении силы. Перемещение сегментов приводит к перемещению клубков относительно друг друга.

Слайд 21

Описание слайда:

Ползучесть В момент нагружения развивается обратимая деформация – высокоэластичная и необратимая – вязкотекучая. Если затем образец разгрузить– он слегка сократится из – за свертывания клубков.

Слайд 22

Описание слайда:

Ползучесть Однако полностью не сокращается из – за сохранения остаточной деформации, являющейся необратимой. Высокоэластичная деформация остается неизменной, а вязкотекучая деформация нарастает.

Слайд 23

Описание слайда:

Ползучесть Кривая 2. Ползучесть сетчатого эластомера. Необратимая деформация из – за наличия прочных химических связей не возникает. Ползучесть развивается достигая предела. После разгрузки – сокращается до первоначальных размеров.

Слайд 24

Описание слайда:

Ползучесть Кривая ползучести для модели Максвелла не отражает основной особенности – участка замедленного развития упругой деформации. В реальном полимере упругая деформация развивается не мгновенно как в пружине, а тормозится вязкостью.

Слайд 25

Описание слайда:

Модель Кельвина – Фойхта. Модель Кельвина – Фойхта. Пружина и поршень соединены параллельно. Напряжения находятся как: По закону Гука: По закону Ньютона:

Слайд 26

Описание слайда:

Модель Кельвина – Фойхта. В результате: После интегрирования:

Слайд 27

Описание слайда:

Объединенная механическая модель Ползучесть линейного полимера хорошо описывается объединенной механической моделью, сочетающую модель Максвелла и модель Кельвина – Фойхта.

Слайд 28

Описание слайда:

Кривая ползучести для объединенной механической модели К моменту времени t общая деформация складывается из мгновенно упругой, замедленно упругой и необратимо вязкой. (13)

Слайд 29

Описание слайда:

Кривая напряжение-деформация Образец помещают в динамометр, один из зажимов которого передает нагрузку на силоизмеритель и неподвижен, а другой перемещается с постоянной скоростью. Такой режим испытаний наиболее сложный.

Слайд 30

Описание слайда:

Кривая напряжение-деформация Кривая 1 – эластичный полимер. На начальном участке напряжение резко возрастает из-за сопротивления узлов (I). При дальнейшем росте деформации напряжение растет медленно из-за начала интенсивного распада узлов сетки под действием возрастающего напряжения (II),

Слайд 31

Описание слайда:

Кривая напряжение-деформация Распад сетки облегчает движение сегментов и они ориентируются в направлении растяжения. Ориентация при деформации приводит к росту напряжений (III). Если полимер построен из стереорегулярных макромолекул, то на участке III, происходит кристаллизация, напряжение растет резко затем происходит разрыв.

Слайд 32

Описание слайда:

Кривая напряжение-деформация Механические модели описывают кривую 2. При очень высокой скорости узлы не успевают распасться и структурных изменений не происходит. Напряжение линейно увеличивается с ростом деформации. Кривая 3 – прекращение растяжения и процесс сокращения образца с той же скоростью.

Слайд 33

Описание слайда:

Кривая напряжение-деформация Перегруппировавшиеся узлы не успевают восстановиться полностью в данный момент времени. Напряжение в образце при сокращении меньше, чем при растяжении. Если процесс проводить медленно кривая совпадет с кривой растяжения (кривая 4).

Слайд 34

Описание слайда:

Работа растяжения Площадь под кривой н-д является мерой работы деформации. При растяжении: (14) Преобразуем: (15) Где f-приложенная сила, S- площадь поперечного сечения образца, l – исходная длина, dl – приращение длины при деформации, V- объем образца.

Слайд 35

Описание слайда:

Работа сокращения Работа сокращения соответственно: (16) Петля образованная кривыми растяжения и сокращения – механический гистерезис (при большой протяжённости процесса петля не образуется) . Потери механической энергии происходят при превращении ее в теплоту.

Слайд 36

Описание слайда:

Механический гистерезис На рисунке показан ряд последовательных циклов деформации одного и того же образца. Площадь петли уменьшается, достигает предельной величины и не изменяется. Наличие сетки химических связей способствует установлению стационарного режима.

Слайд 37

Описание слайда:

Многократные циклические деформации Исследуется стационарный режим деформирования, величина предельной деформации за цикл должна быть минимальной и возможность изменения частоты воздействия силы на образец. Вместо динамометра используется прибор.

Слайд 38

Описание слайда:

Многократные циклические деформации На катушку 1 подается переменный ток, пластина колеблется в горизонтальной плоскости. Можно организовать работу прибора так, что вилкообразная пластина будет подавать на образец заданное напряжение, меняющееся во времени по синусоиде. В катушке 3 возникнет ток, которым можно охарактеризовать величину деформации.

Слайд 39

Описание слайда:

Многократные циклические деформации Деформирование упругого тела: (18) Учитывая закон Гука , получим выражение для напряжения: (19) Для случая приложения синусоидального меняющегося напряжения к идеальной жидкости: (20) Учитывая закон Ньютона: (21)

Слайд 40

Описание слайда:

Многократные циклические деформации Подставим (20) в (21): (22) Интегрируя уравнения (22) получим: (23) Синусоида деформации отстает от синусоиды напряжения на п/2. (б)

Слайд 41

Описание слайда:

Многократные циклические деформации

Слайд 42

Описание слайда:

Многократные циклические деформации При деформации упругого тела угол сдвига фаз равен 0, а в случае вязкого тела равен п/2, в случае вязкоупругого тела угол сдвига больше 0 и меньше п/2 (из-за релаксационных процессов). С учетом сдвига фаз напряжения и деформации на некоторый угол δ запишем: (24) Обозначим проекции вектора напряжения на осях х и у соответственно σᴵ и σᴵᴵ, тогда вектор напряжения: (25) Где σᴵ - действительная, а i σᴵᴵ - мнимая части.

Слайд 43

Описание слайда:

Многократные циклические деформации Если первоначально задана синусоида деформации, то вектор деформации совпадает с его единственной частью: (26) С учетом (25) и (26) получим выражение для модуля вязкоупругого тела при синусоидальном нагружении: (27) Угол сдвига фаз: (28)

Слайд 44

Описание слайда:

Многократные циклические деформации Для количественной оценки компонентов модуля Gᴵ и Gᴵᴵ применяется модель Максвелла. Комплексное число z может быть выражено как , воспользуемся этим для выражения деформации: (29) Скорость деформации: (30) Подставив уравнение (30) в (6) получим: (31)

Слайд 45

Описание слайда:

Многократные циклические деформации Для переменного во времени напряжения и деформации (модуль зависит от частоты): (32) Подставим в (31) значения σ(t) и dσ(t)/dt из (32): (33) Находим: (34)

Слайд 46

Описание слайда:

Многократные циклические деформации Взяв производную от Gᴵᴵ по ώ, найдем положение точки максимума: Подставив это значение в уравнение (34) получим высоту максимума равную G/2.

Слайд 47

Описание слайда:

Многократные циклические деформации

Слайд 48

Описание слайда:

Температурно-временная аналогия С повышением Т образец при достижении Тс начинает размягчаться (амплитуда возрастает) при дальнейшем росте переход в высокоэластичное состояние (амплитуда не меняется).

Слайд 49

Описание слайда:

Температурно-временная аналогия С повышением частоты действия силы образец при достижении Тс не успевает реагировать (флуктуационная сетка не успевает перегруппироваться). Требуется более высокая Т для обеспечения подвижности сегментов.

Слайд 50

Описание слайда:

Температурно-временная аналогия Зависимость времени релаксации от температуры выражается уравнением Аррениуса – Эйринга – Френкеля: (37) По графику 9.16 можно найти частоты, температуры и определить времена релаксации. (38) Энергия активации процесса релаксации найдется как угол наклона прямой.

Слайд 51

Описание слайда:

Температурно-временная аналогия 1 – Зависимость модуля упругости от времени действия силы при разных температурах. Кривые при разных температурах симметричны и их можно совместить при движении по шкале времен.

Слайд 52

Описание слайда:

Спектр времен релаксации Время релаксации определяется способностью сегментов макромолекул к перемещению под действием теплового движения. Время оседлой жизни свободного сегмента (10^-6 – 10^-4 с), а время оседлой жизни сегментов, входящих в состав узлов (10 – 10^4 с) .

Слайд 53

Описание слайда:

Спектр времен релаксации Реакция типичного эластомера не имеющего пространственной сетки химических связей. Кривая 1 – одно время релаксации (модель Максвелла) – напряжение медленно убывает до 0 по экспоненте. Кривая 2- В реальном образце падение напряжения замедляется (из-за неразрушенных более прочных узлов сетки). Напряжение в образце упадет до 0 за большой промежуток времени.

Слайд 54

Описание слайда:

Спектр времен релаксации Наличие спектра времен релаксации моделируют механическими моделями. а)– параллельное соединение многих моделей Максвелла. Число моделей равно числу времен релаксации. б) Набор упругих пружин и шаров помещен в вязкую жидкость. Модель характеризует поведение отдельной макромолекулы.