49. Деформационные свойства кристаллических полимеров

Кристаллические полимеры под действием приложенных напряжений способны развивать значительные деформации (до нескольких сотен процентов). Характерные кривые Е = f(σсигма) для кристаллических полимеров приведены на рис.

Кривые растяжения кристаллического полимера при различных температурах

T1<T2<T3<T4<T5

помимо упругой деформации кристаллические полимеры при больших нагрузках проявляют вынужденно-эластическую деформацию.

Деформация кристаллических полимеров сопровождается не только выпрямлением свернутых цепей макромолекул в аморфных областях, но и ориентацией кристаллитов и частичной их рекристаллизацией. В зависимости от природы кристаллического полимера процессы ориентации кристаллитов и рекристаллизации могут протекать различно. Часто наблюдается преобразование кристаллитов в фибриллярные надмолекулярные структуры.

Вследствие ориентации макромолекул их свойства в различных направлениях относительно направления ориентации существенно различаются, т. е. наблюдается анизотропия свойств. полимерах.

Кристаллические полимеры под влиянием приложенного напряжения могут подвергаться значительным деформациям (до 1000 %). Как показали многочисленные исследования, значительная часть этих деформаций обратима, т.е. имеет характер вынужденно – эластических деформаций. Так же как у стеклообразных полимеров, при определенном напряжении в образце кристаллического полимера внезапно образуется участок со значительно уменьшенным сечением – «шейка».

Зависимость относительной деформации ε от напряжения δ для кристаллических полимеров выражается не плавными кривыми, как для полимеров в высокоэластическом или в вынужденно – эластическом состоянии, а ломаной линии, состоящей из 3–х отрезков (рисунок )

Рис. Кривая растяжения кристаллического полимера при комнатной температуре

Участок ОА соответствует упругой деформации, причем образец удлиняется как целое на очень небольшую величину. Точка А отвечает скачкообразному началу образованию шейки.

Участок АБ соответствует увеличению размера узкой части образца за счет сокращения широкой. На этой стадии деформирования в исходном изотропном образце кристаллического полимера при постоянном напряжении обычно происходит ориентация или переориентация кристаллитов, которая начинается в точке А и заканчивается в точке Б. При этом весь образец переходит в шейку. Участок БВ соответствует удлинению переориентированного образца, как целого, причем деформация на этом участке больше, чем на участке ОА.

По мере снижения температуры (ниже 20С) горизонтальная площадка располагается выше и третий участок становится короче. Следовательно, с понижением температуры для переориентации требуются все более высокие напряжения; при этом разрыв происходит при меньших удлинениях. Дальнейшее охлаждение приводит к еще большему увеличению высоты горизонтальной площадки и уменьшению ее протяженности. Это значит, что разрушение образца происходит при незаконченной переориентации. При –60С горизонтальная площадка полностью исчезает и остается только первый участок.

При температурах от –70 до –80С наблюдается значительное упрочнение материала при полном отсутствии способности к деформациям в направлении, перпендикулярном направлении ориентации. При этой температуре образец хрупко разрушается и рассыпается на мелкие куски.

При температурах, близких к температурам плавления, наблюдается изменение характера деформации, и деформированная кривая имеет вид, характерный для аморфных полимеров.

Т.о., разрушению полимерных материалов предшествуют очень большие обратимые деформации, имеющие характер эластических или вынужденно – эластических деформаций. Без предварительной деформации т.е. хрупко, полимеры разрушаются при температурах ниже температуры хрупкости. При этом они полностью теряют специфические «полимерные свойства»