Facebook

Twitter

9:00 – 18:00

Время работы ПН-ПТ

+7(495)780-05-14

Мы всегда Вам рады!

Поиск
Меню
 
Особенности физико-механических свойств резины как конструкционного материала

Особенности физико-механических свойств резины как конструкционного материала

Резина, как и лежащие в ее основе натуральные или синтетические каучуки, является высокомолекулярным полимерным соединением. К высокомолекулярным соединениям относятся вещества, состоящие из молекул с большим молекулярным весом. Характерным для всех полимеров является наличие длинных и гибких цепных молекул и резкое различие механизма межмолекулярных связей вдоль цепи и между цепями.

Особенности молекулярного строения каучука и резины обусловливают их физико-механические свойства, в числе которых прежде всего следует назвать высокую деформируемость резины без разрушения. Деформируемость резины особенно заметно проявляется при растяжении, когда относительное удлинение до разрушения может достигать 500 и даже 1000%. Механизм деформации каучука и резины при этом можно представить так.

До приложения деформирующих усилий длинные хаотически изогнутые цепочки молекул каучука находятся в определенном равновесном состоянии. При деформации под действием приложенной нагрузки происходит вытягивание молекулярных цепочек и их скольжение относительно друг друга. Первый процесс — вытягивание цепочек молекулы — составляет обратимую часть деформации каучука, второй — ее необратимую часть.

После снятия деформирующих нагрузок молекулярные цепи под влиянием теплового движения принимают прежнюю конфигурацию, соответствующую равновесному состоянию, но их взаимное расположение может несколько измениться. Это изменение положения молекулярных цепей характеризует остаточную деформацию каучука.

Отличительной особенностью молекулярного строения резины является наличие соединительных связей — мостиков между молекулами, обязанных своим происхождением наличию серы. Появление межмолекулярных связей превращает разрозненные молекулярные цепи в пространственную сетку (рис. 1, б). Вследствие этого после снятия деформации сохраняется не только конфигурация молекул, но и их относительное расположение, соответствующее начальному равновесному состоянию. Поэтому остаточные деформации резины настолько малы, что их можно полагать практически отсутствующими.

Исходя из приведенной выше картины структурных изменений, можно объяснить природу упругой, высокоэластической и пластической деформации резины.

При упругой деформации под действием внешней растягивающей силы молекулы резины удаляются одна от другой на расстояние, пропорциональное величине приложенного напряжения, но в пределах действия межмолекулярных сил. Порядок относительного расположения молекул при этом не нарушается. После снятия внешней нагрузки молекулярная сетка мгновенно приходит в начальное равновесное состояние, а деформация материала исчезает. Такая деформация, как известно, называется упругой и подчиняется закону Гука.

Природа высокоэластической деформации резины раскрывается при рассмотрении процесса деформации во времени. Как теперь установлено, равновесие между нагрузкой и деформацией материалов наступает не мгновенно,.а происходит во времени и подчиняется сложным законам.
Упругая деформация материала под действием внешней силы происходит до тех пор, пока возникшие в материале напряжения не уравновесят приложенные силы. Однако с течением времени эти напряжения частично снижаются при сохранении приданной образцу постоянной деформации е. Это означает, что для того чтобы продолжать уравновешивать внешнюю нагрузку, необходимо, чтобы тело продолжало деформироваться.

Явление рассасывания напряжения в материале с течением времени, называемое релаксацией, лежит в основе таких процессов, сопровождающих деформацию, как ползучесть и гистерезис. С позиций релаксации необходимо объяснять также и высокоэластическую деформацию резины.
Общее представление о механизме деформации материалов с учетом фактора времени было изложено еще Максвеллом.