Properties of polymers

Контрольные вопросы и задания
 
1. Чем определяются физические свойства полимеров? 
2. Почему механические свойства, характеризующие полимеры, яв-
ляются основными среди других свойств? 
3. Что понимают под деформацией полимера? 
4. Какой величиной характеризуется величина деформирующих сил? 
5. Охарактеризуйте деформационную кривую стеклообразного по-
лимера. 
6. Что такое процесс вынужденной эластичности и какие факторы 
влияют на него? 
7. Перечислите особенности кривой растяжения σ–ε кристаллизую-
щегося полимера. 
8. Охарактеризуйте два вида разрушения полимеров. 
9. Объясните, в чем заключается явление ползучести полимеров. 
10. Почему происходит уменьшение напряжения в образцах полиме-
ра? 
11. Изобразите графически релаксацию напряжения линейного поли-
мера. 
12. В чем состоит сущность упругого гистерезиса. 

---

30 
Глава 4. Прочностные свойства полимеров 
4.1. Термины и их определения
 
Под прочностью понимают свойство полимерного материала сопро-
тивляться разрушению под действием механических напряжений. При 
этом разрушение – это нарушение сплошности материала, его разрыв, 
приводящий к образованию новых поверхностей. Чтобы разрушить поли-
мерное тело, надо разрушить связи, объединяющие элементы его структу-
ры. В механике полимеров различают теоретическую и техническую 
прочности. 
Так, теоретическая прочность полимерного материала σ
m
– это проч-
ность тела с идеальной структурой, без повреждений и дефектов при тем-
пературе абсолютного нуля, т. е. в отсутствие теплового движения, при 
однородной статической деформации растяжения, обеспечивающую рав-
ную напряженность всех связей и их одновременный разрыв по поверхно-
сти разрушения. 
Теоретическая прочность определяется по формуле 
m
m
N F

 
, 
где N – число атомов или связей, приходящихся на единицу площади сече-
ния, F
m
– прочность связи (сила взаимодействия) двух соседних атомов. 
Повышение степени ориентации приводит к росту плотности упаков-
ки макромолекул и, следовательно, к увеличению числа химических свя-
зей на единице площади разрушения полимерного тела, а также к росту 
числа физических узлов. 
При растяжении образца полимерного материала теоретическая проч-
ность определяется, как 
m
K E

 
, 
где E – модуль упругости, а K – константа равная 0,08 ÷ 0,16. 
Установлено, что в полимерах невысокой молекулярной массы раз-
рушение происходит не столько за счет разрыва химических связей, 
сколько за счет скольжения сегментов, т. е. преодоления сил межмолеку-
лярного взаимодействия. 
Техническая прочность намного ниже теоретической. Основными 
причинами снижения прочности являются тепловое движение атомов и 
наличие слабых дефектных мест. 
В реальных полимерах при Т > 0 ºК в любой полимерной системе 
происходит тепловое движение атомов, которое может явиться причиной 
термофлуктуационного разрыва связей. Термофлуктуационная теория рас-
сматривает разрушение связей как следствие теплового колебания отдель-
ных атомов при равномерном распределении силового температурного по-

---

31 
ля. Например, разрыв связей в реальном полимере рассматривается как ре-
зультат распространения, взаимодействия и генерирования фононов. 
В научном понимании фононы – это статистически независимые свя-
зи-частицы. Под действием собственно теплового движения фононы со-
вершают колебания вокруг положений равновесия и разрыва не происхо-
дит. Однако разрыв возможен только при больших отклонениях от поло-
жения равновесия, когда тепловые колебания становятся несимметричны-
ми (ангармоническими). При этом следует различать силовой и темпера-
турный ангармонизм. Так, если это происходит под действием внешних 
сил, то это силовой ангармонизм, а если при повышении температуры, то 
температурный ангармонизм. 
В реальных полимерах при температурах выше 0 ºК проявляется как 
тот, так и другой ангармонизм. 
В полимерной системе существуют фононы высокой энергии двух 
видов – фононы, вызывающие возникновение положительных и отрица-
тельных флуктуаций плотности, так называемые дилатоны. В общем ди-
латоны – это области с растянутыми связями и линейными размерами, 
близкими к длине свободного пробега фонона. При растяжении размеры 
дилатонов увеличиваются, и происходит «подкачка» энергии из окружа-
ющей среды. Это естественно приводит к локальному повышению и по-
следующему удлинению связей вплоть до их разрыва. 
Итак, процесс разрыва связей можно представить как двухстадийный. 
На первой стадии флуктуации приводят к возникновению дилатонов, жи-
вущих короткое время (несколько периодов атомных колебаний). На вто-
рой стадии происходит разрыв связи в дилатоне, причем энергия актива-
ции разрыва меньше, чем при одностадийном разрыве.