Назад

Высокомолекулярные соединения, Том 50, Номер 5, 2008


Серия А


Международный коллоквиум «Структурно-чувствительная механика полимерных материалов: физические и механические аспекты»

Текст: pdf

  757

Hong K. , Strobl G. ,
Моделирование растяжения полиэтилена: влияние температуры и степени кристалличности
Изучено деформационное поведение различных ПЭ при одноосном растяжении. Получены зависимости истинных напряжений и деформаций при постоянных скоростях нагружения. При этом по ходу растяжения разделяли полную деформацию на упругую и пластическую составляющие, а также измеряли релаксацию напряжений при фиксированных деформациях. Обнаружены следующие специфические особенности поведения ПЭ: предел текучести связан с падением жесткости, а не с началом пластического течения; модуль упругости достигает плато при критической деформации (εH ≈ 0.6), которая не зависит от температуры и степени кристалличности; модуль упругости при растяжении может существенно зависеть от пластического течения. Предложена модель, которая позволяет разделить полное напряжение на три составляющие: напряжение в растянутой высокоэластической сетке перепутанных аморфных цепей; напряжение, воспринимаемое кристаллическим каркасом, и вязкое напряжение, которое описывается уравнением Эйринга. Сопоставление экспериментальных данных с предложенной моделью дает возможность проанализировать влияние температуры и кристалличности на механизм деформации ПЭ.
Текст: pdf

  760

Олейник Э. Ф., Руднев С. Н., Саламатина О. Б., Котелянский М. И.,
Механизмы неупругой деформации в твердых полимерах: твердотельные и жидкоподобные процессы
Рассмотрены некоторые особенности неупругой деформации стеклообразных полимеров, которые не удается объяснить в рамках общепринятых сегодня теорий. Проанализировано подобие деформационного отклика твердых тел различной природы и структуры – кристаллических и стеклообразных, органических и неорганических, низко- и высокомолекулярных. Подчеркнуто, что такие явления, как зуб текучести и деформационное размягчение, концентрация деформации в узких полосах (зонах) сдвига, переходные явления, характерны для пластической деформации любых твердых тел. Это же относится к различиям в кинетике и механизмах деформации при низких (Тдеф < 0.7Тс) и высоких (Тдеф > 0.7Тс) температурах деформации. Для стеклообразных полимеров подробно рассмотрен механизм пластической деформации, которая на микро- и наноуровнях протекает в два этапа: сначала идет зарождение мелкомасштабных сдвиговых трансформаций, а затем их слияние. Последнее приводит к движению сдвигового фронта в образце и к возникновению и перемещению макроскопических полос сдвига. Теплота пластической деформации выделяется на стадии слияния сдвиговых трансформаций. Предположено, что за возникновение и развитие зуба текучести в стеклообразных полимерах, деформационное размягчение и другие упомянутые выше явления ответственны сдвиговые трансформации. Механизм деформации стекол полностью согласуется с результатами термодинамических измерений, а также с другими экспериментальными данными, имеющимися в литературе. Компьютерное моделирование позволяет получить картину возникновения и развития сдвиговых трансформаций на атомном уровне.
Текст: pdf

  773

Патлажан С. А., Hizoum K. , Rémond Y. ,
Деформационное поведение полиэтилена высокой плотности ниже предела текучести: влияние скорости разгрузки
Обсуждаются особенности деформационного поведения ПЭВП при одноосном растяжении ниже предела текучести. Внимание уделяется изучению зависимости диаграмм растяжения–сжатия от скорости разгрузки. Экспериментальные данные анализируются на основе набора двухфазных базисных структурно-механических элементов, принимающих во внимание пластическое течение и структурные перестройки жесткого и мягкого компонентов среды. Параметры этих элементов рассчитываются путем оптимальной подгонки теоретических кривых к произвольной экспериментальной диаграмме растяжения–сжатия, измеренной при постоянной величине скорости деформации. Такой подход позволил описать наблюдаемое падение остаточной деформации с уменьшением скорости разгрузки при фиксированных значениях параметров модели. Обсуждается физическая природа обнаруженных деформационных эффектов.
Текст: pdf

  789

Roguet E. , Castagnet S. , Grandidier J. C.,
«Отрелаксированное» состояние частично кристаллического полимера: экспериментальное определение парамертов и моделирование
Работа посвящена описанию механического поведения “заблокированной” аморфной фазы в частично кристаллических полимерах в высокоэластичном состоянии. Даже гораздо выше температуры стеклования аморфная фаза в частично кристаллических полимерах остается “стесненной” кристаллитами и менее подвижной, чем полностью аморфный полимер в высокоэластичном состоянии. Базируясь на результатах экспериментов, выполненных на ПА-11, было показано существование отрелаксированного состояния аморфной компоненты частично кристаллического полимера выше Tg и ее роль в поведении материала. Предельные, не зависящие от скорости деформирования кривые напряжение–деформация (так называемые асимптотические зависимости) проходят ниже кривых, зависящих от скорости и относящихся к полностью отрелаксировавшей аморфной фазе. Тем не менее, существуют некоторые механические явления (гистерезис при разгрузке, релаксация и ползучесть при тех же скоростях, что и в "асимптотическом" режиме нагружения), которые предполагают совместность процессов, протекающих в кристаллической и аморфной фазах. Основываясь на экспериментальных результатах, предпринята попытка построения модели наблюдаемых парадоксальных явлений в одномерном приближении.
Текст: pdf

  797

Gueguen O. , Ahzi S. , Belouettar S. , Makradi A. ,
Сравнение микромеханических моделей для предсказания эффективных упругих свойств частично кристаллических полимеров: применение к полиэтилену
В статье обсуждается применение различных микромеханических моделей композитов для оценки эффективных упругих свойств частично кристаллических полимеров. Эти двухфазные материалы построены из кристаллических ламелей и аморфных областей. Для них характерна сферолитная морфология. Нами рассмотрены модели типа Mori–Tanaka, двойных включений и самосогласования. С их помощью получены оценки модулей как полностью изотропного, так и транскристаллического трансверсально изотропного ПЭ. Результаты сравнили с экспериментальными данными для образцов с различной степенью кристалличности. Обобщенная модель Mori–Tanaka и модель самосогласования для композитных включений по сравнению с другими моделями дали наилучшие предсказания для эффективных упругих констант.
Текст: pdf

  809

Li D. S., Garmestani H. , Chu A. O., Ahzi H. , Alapati G. , Khatonabadi M. , Es-Said O. , Siniawski M. T., Martisciano L. , Ahzi S. ,
Износоустойчивость и микроструктура отожженного сверхвысокомолекулярного полиэтилена
Исследована корреляция между износоустойчивостью сверхвысокомолекулярного ПЭ и его микроструктурой. Найдено, что связь между потерями на износ и длиной скольжения подчиняется степенному закону. В качестве характеристики процесса износа предложено использовать показатель степени в этом законе. Микроструктуру (текстуры) характеризовали распределением ориентации кристаллов. Анализ показывает, что четыре вида отожженных пластин сверхвысокомолекулярного ПЭ практически изотропны. Это коррелирует с их поведением при износе.
Текст: pdf

  821

Haudin J.-M. , Smirnova J. , Silva L. , Monasse B. , Chenot J.-L. ,
Моделирование эволюции структуры в процессе обработки полимеров
Основной задачей настоящей статьи является введение модели кристаллизации в трехмерное программное обеспечение, предназначенное для термомеханического описания процесса литья из расплава. Из уравнения Колмогорова-Аврами-Эванс для кинетики в целом и дополнительных предположений о нуклеации выводится система дифференциальных уравнений для равновесной кристаллизации, которая обобщается на случай индуцирования процесса кристаллизации течением. Описываются эксперименты, проведенные для идентификации основных параметров кинетики кристаллизации. Значения этих параметров оптимизируются с использованием обратного метода генетического алгоритма. Для проверки справедливости теоретических предположений и точности предлагаемых методов описания экспериментальных данных кривые, описывающие эволюцию доли закристаллизованного образца и числа сферолитов, сравниваются с экспериментальными данными. В заключение модель кристаллизации встраивается в код программы Rem3D®. Приводятся результаты некоторых типичных расчетов.
Текст: pdf

  827

Makradi A. , Ahzi S. , Belouettar S. , Ruch D. ,
Термоформование листов из частичнокристаллических полимеров: моделирование и расчеты методом конечных элементов
Предложена микромеханическая упруговязкопластическая модель процесса термоформования частично кристаллических полимеров, учитывающая зависимость свойств материала от температуры и скорости деформирования. Во время термоформования температура в листе пластика поддерживается постоянной, и ее изменение возникает только из-за адиабатического нагрева. Моделирование проведено для изотактического ПП методом конечных элементов. Толщина листа, ориентация молекул полимера и его степень кристалличности сильно зависят от температуры проведения процесса и геометрии формы для прессования. Также учтена аморфизация полимера при формовании.
Текст: pdf

  841

Temimi-Maaref Nadia , Burr Alain , Billon Noёlle ,
Разрушение композитов на основе полипропилена: эксперимент и моделирование
Целью работы является получение определяющих соотношений в рамках механики сплошных сред для описания процесса разрушения композитов на основе ПП. Учтены изменения геометрических размеров образца при больших деформациях и при разрушении, которые имеют место при испытаниях полимерных материалов на растяжение или сдвиг. Для определения полей деформаций и последующего измерения изменения объема применена техника отображения на поверхности образца с высоким разрешением. На основе экспериментов разработана феноменологическая модель для воспроизведения основных черт деформационного поведения материала, таких как кривые напряжение–деформация, изменение объема и т.д. Описаны переходные состояния материала при деформировании; их эволюция происходит в соответствии с предлагаемыми уравнениями состояния. Проверку модели проводили сравнением расчетных результатов с экспериментами при одноосном растяжении и сдвиге.
Текст: pdf

  850

Khaleel M. A., Sun X. , Simmons K. ,
Изготовление и оптимизация свойств автомобильных стекол с полимерной прослойкой, наполненной наночастицами: эксперимент и моделирование
Описан процесс изготовления тонких слоистых стекол для автомобильной промышленности (проект FreedomCAR). Основными задачами являлись уменьшение веса, увеличение экономичности и надежности, а также снижение уровня шума при низких затратах на изготовление. Предшествующие исследования в Pacific Northwest National Laboratory продемонстрировали возможность уменьшения веса на 30% по сравнению со стандартными стеклами. Энергосбережение достигается снижением потерь тепла, что в свою очередь упрощает требования к кондиционированию. Минимальная толщина стекол при должном уровне акустического комфорта также снижает общий вес автомобиля. Важным фактором является и стоимость используемых материалов и процесса производства.
Текст: pdf

  862

Saphiannikova M. , Costa F. R., Wagenknecht U. , Heinrich G. ,
Нелинейное поведение нанокомпозитов полиэтилен-слоистый двойной гидроскид марганца и алюминия при сдвиговом течении
Исследована структурная эволюция кластеров частиц наполнителя в нанокомпозитах полиэтилен–слоистый двойной гидроксид марганца и алюминия при сдвиговом течении. Предложено описание наблюдаемых явлений в рамках модифицированной модели Вагнера. Структурное поведение таких нанокомпозитов сходно с поведением наполненных эластомеров, для которых наблюдается разрушение кластеров наполнителя при больших деформациях и их агломерация при уменьшении деформации в режиме сдвиговых гармонических колебаний (эффект Пейна). Как наполненные эластомеры и другие подобные им системы, полимер–алюмосиликатные нанокомпозиты демонстрируют различное поведение при приближении к стационарному состоянию в зависимости от того, подвергался ли материал первоначально большим или малым сдвиговым деформациям. Найдено, что характерное время агломерации в отсутствие сдвигового течения примерно на порядок выше, чем характерное время разрушения кластеров в режиме нелинейного сдвига.
Текст: pdf

  868

Horst Thomas , Heinrich Gert ,
Распространение трещины в эластомерах
В рамках теории линейной вязкоупругости рассчитаны поля деформаций около вершины трещины при разных скоростях ее продвижения. Вблизи вершины может возникать переход материала из высокоэластичного в стеклообразное состояние. Проанализированы также сдвиговое и объемное состояния в области деформирования. В то время как увеличение энергии раздира при высоких скоростях продвижения трещины можно приписать сдвиговой компоненте, объемная составляющая влияет на механизм разрушения. Результаты расчетов подтверждают экспериментальные данные о том, что неустойчивость, возникающая при переходе от стабильного к нестабильному режиму распространения трещины, связана с изменением механизма разрушения. При низких скоростях движения вершины трещины потеря сплошности материала возникает из- за образования, роста и слияния пор. При высоких скоростях кавитация незначительна, и разрушение происходит по хрупкому механизму, что ведет к уменьшению энергии, необходимой для распространения зоны разрушения.
Текст: pdf

  882

Свистков А. Л., Lauke B. ,
Структурно-феноменологическое моделирование механического поведения резин
Высказана гипотеза о том, что при деформировании резин происходит сползание полимерных цепей со слоев около частиц наполнителя в зазоры между включениями и формирование там высокопрочных волокон из полимера в одноосно-ориентированном состоянии. В результате происходит повышение на порядок макроскопической прочности эластомеров при одновременном увеличении деформаций в момент разрыва по сравнению с эластомером без наполнителя. Расположенные близко в исходном образце агрегаты частиц технического углерода при удлинении материала расходятся на очень большие расстояния. Соединяющие их волокна при этом должны в несколько десятков раз увеличить свою длину. Предложена математическая модель, учитывающая эти процессы. Показано, что система определяющих уравнений позволяет с хорошей точностью моделировать вязкоупругое поведение резин и эффект размягчения Маллинза в условиях конечных деформаций.
Текст: pdf

  892

Свистков А. Л., Комар Л. А., Heinrich G. , Lauke B. ,
Моделирование процесса формирования слоев ориентированного полимера около частиц наполнителя в полимерных нанокомпозитах
Предложена теория появления ориентированных слоев около поверхностей наполнителя в полимерных нанокомпозитах. В основу ее положено предположение о том, что малые ориентированные области полимера влияют на состояние соседних областей и стремятся ориентировать в них цепи полимера. В результате происходит передача этого влияния от точки к точке, что вызывает распространение ориентированного слоя в полимерном нанокомпозите на значительное расстояние от поверхности наполнителя. При этом около частиц наполнителя возможно появление полимера в двуосно ориентированном состоянии, которое передается соседним областям и приводит к появлению слоя около наполнителя с особыми механическими свойствами.
Текст: pdf

  903


Серия Б

Серенко О. А., Тюнькин И. В., Гончарук Г. П., Оболонкова Е. С., Ефимов А. В., Баженов С. Л.,
Влияние температуры на деформационное поведение композитов на основе полиэтилена высокой плотности и частиц резины
Исследовано разрушение композитов на основе ПЭВП, разрушающегося при распространении шейки, и частиц измельченной резины. Показано, что при повышении температуры в материалах, содержащих не более 8 об. % наполнителя, осуществляется переход от хрупкого к пластичному деформированию. Высказано предположение, что сохранение при повышенных температурах пластичности композитов на основе полимера с неустойчивым ростом шейки обусловлено совокупностью двух факторов – уменьшением высоты зуба текучести матричного полимера и увеличением степени вытяжки в шейке. Перечисленные обстоятельства резко снижают чувствительность материалов к дефектам, способствуют образованию и распространению шейки, а также изменяют вид образующихся дефектов от трещины к щелевидной поре.
Текст: pdf

  911

Мешкова И. Н., Петросян А. И., Лалаян В. М., Дубникова И. Л.,
Сравнительный анализ свойств полимеризационно наполненных полиэтиленовых композиций пониженной горючести
В присутствии наполнителей – гидроксида алюминия и комплексных антипиренов на основе гидроксида алюминия и декабромдифенилоксида в сочетании с Sb2О3, с использованием ванадиевых катализаторов Циглера-Натта синтезированы полиэтиленовые композиции пониженной горючести и самозатухающие композиции с высокими деформационно-прочностными показателями. Установлена зависимость величины кислородного индекса композиций от состава и содержания наполнителя. Предложены эмпирические соотношения, связывающие значения кислородного индекса композиций с составом и содержанием антипирена, позволяющие прогнозировать горючесть наполненного ПЭ без проведения огневых испытаний.
Текст: pdf

  918

Сахно Ю. Э., Клименко В. Г., Селиверстов Д. И., Сахно Т. В., Хатипов С. А.,
Природа центров окраски в γ-облученном политетрафторэтилене
Проведено квантово-химическое исследование предполагаемых продуктов радиационно-химических превращений в ПТФЭ при воздействии γ-излучения выше температуры плавления кристаллической фазы. С использованием полуэмпирического метода РМ3 проведены расчеты возбужденных электронных состояний фторированных алкилполиенов общей формулы F3C–(CF=CF)n–CF3 (n = 1–7), этих же соединений с концевыми группами CFO, а также димеров мономерных фрагментов, содержащих две и более сопряженные двойные связи. Также проведен расчет возбужденных состояний фрагментов полимерной цепи ПТФЭ разной длины. На основе полученных результатов сделан вывод о том, что окраска облученного ПТФЭ может быть обусловлена образованием полисопряженных структур в цепи полимера с числом двойных связей n = 2–6.
Текст: pdf

  925

Стаськов Н. И., Ивашкевич И. В.,
Оптические постоянные полиэтилентерефталата в области полосы 1410 смˉ¹ в ИК-спектре
Получены оптические постоянные: показатель преломления n и показатель поглощения k промышленных пленок ПЭТФ разного типа в области 1410 см-1 (полоса внутреннего стандарта) в ИК-спектре. Высказано предположение, что полученные спектры можно считать характеристическими для ПЭТФ.
Текст: pdf

  929

Маркин А. В., Якимович Н. О., Смирнова Л. А., Смирнова Н. Н.,
Калориметрическое исследование органо-неорганических сополимеров на основе монометакрилата этиленгликоля и титаноксида
Методами ДСК и ТГА исследованы гибридные сополимеры на основе монометакрилата этиленгликоля и титаноксида с различным соотношением органического и неорганического компонентов. Показано, что введение неорганического компонента позволяет повысить термическую стабильность композитов по сравнению с полимонометакрилатом этиленгликоля. Установлено, что температура начала термической деструкции сополимеров возрастает с увеличением содержания в них титаноксида.
Текст: pdf

  933

Исламова Р. М., Садыкова Г. Р., Пузин Ю. И., Спирихин Л. В., Крайкин В. А., Монаков Ю. Б.,
Влияние трехкомпонентной инициирующей системы ферроцен-цирконоцендихлорид-пероксид бензоила на процесс радикальной полимеризации метилметакрилата
Исследована радикальная полимеризация метилметакрилата, инициированная трехкомпонентной системой ферроцен–цирконоцендихлорид–пероксид бензоила. Изучены кинетические закономерности процесса, взаимодействие между компонентами инициирующей системы и молекулярные характеристики полученных полимеров. При использовании трехкомпонентной инициирующей системы возрастает содержание синдиотактических фрагментов и термостойкость полимера по сравнению с продуктами полимеризации на одном пероксидном инициаторе.
Текст: pdf

  938