Изучение релаксационных процессов в деформированных эластомерах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение релаксационных процессов в деформированных эластомерах

Установки для изучения релаксации напряжения и деформации

напряжение деформация эластомер

Общий вид установки для изучения релаксации напряжения и деформации представлен на рисунке.

напряжение деформация эластомер

А. Изучение релаксации напряжения

Установка представляет собой штатив 1, на котором с помощью перемещаемого фиксатора закрепляют лапу 2 с крючком для крепления образцов, и две лапы для фиксации измерительной линейки 3. Под лапой 2 на общей опоре со штативом устанавливают электронные весы 4. Образец 5 с помощью крючка одного из винтовых зажимов 6 на концах образца закрепляют на лапе 2, а на крючок другого зажима подвешивают груз 7, который, деформируя образец, устанавливают на площадке электронных весов.

1. На концах образца длиной 200?250 мм закрепляют винтовые зажимы. В средней части образца размечают рабочий участок длиной l₀100 мм. Измеряют штангенциркулем размеры поперечного сечения рабочего участка не менее чем в трех местах и записывают значения для минимальной площади поперечного сечения S₀.

2. Лапу для крепления образца фиксируют на штативе так, чтобы относительная деформация образца е составляла 100?300 %. С помощью крючков на лапе и фиксаторе закрепляют образец. Под образцом устанавливают весы так, чтобы центр тяжести груза, подвешенного к нижнему зажиму образца, соответствовал центру площадки весов.

3. Выбранный для эксперимента груз взвешивают с точностью до 1 г, величину массы груза m₀записывают. Затем груз подвешивают к нижнему зажиму образца и устанавливают его в центральной части площадки весов, одновременно включая секундомер. Через определенные промежутки времени записывают показания весов m_t, где t - время с момента деформации до замера. Показания весов снимают: в течение первой минуты ? через каждые 15 с, в течение последующих 5 минут ? каждую минуту и далее - каждые 2 минуты. Измерения заканчивают, когда показания весов практически не меняются.

Некоторые модели электронных весов запрограммированы на автоматическое выключение, если нагрузка на весы не изменяется в течение некоторого времени. Поэтому, когда показания весов изменяются медленно, следует каждую минуту обнулять их, учитывая это при определении истинного значения m_i.

4. Не снимая образца, замеряют и записывают равновесную длину рабочего участка деформированного образца l_max

5. Аналогично, в зависимости от установочного задания преподавателя, испытывают остальные образцы при неизменном положении лапы 2 на штативе, или тот же образец при других значениях относительной деформации.

Б. Изучение релаксации деформации

При изучении релаксации деформации, в отличие от изучения релаксации напряжения, весы за ненадобностью убирают с опоры штатива и используют только для предварительного взвешивания грузов.

1. Лапу 2 установки закрепляют в максимально возможном верхнем положении. Далее выполняют процедуры в соответствии с п. 1 раздела А, за исключением того, что длина образца 100?150 мм, адлина рабочего участка l₀составляет 50 мм.

2. Образец закрепляют на лапе штатива, измерительную линейку устанавливают относительно образца таким образом, чтобы при деформации образца рабочий участок попадал в интервал измерения. К нижнему концу образца подвешивают предварительно взвешенный с точностью до 1 г груз, и, придерживая, по возможности быстро переводят его в свободно висящее положение. Одновременно с деформацией включают секундомер.

3. Через 15 фиксируют длину рабочего участка l_t. План выполнения замеров во времени может быть принят в соответствии с п. 3 раздела А.

4. Аналогично, в зависимости от установочного задания преподавателя, испытывают остальные образцы с одним и тем же грузом, или тот же образец с разными грузами.

Обработка результатов

Раздел А. Величину напряжения в образце в каждый момент времени у_t определяют как

(1)

где F_el(t)- эластическая сила, противодействующая деформации образца в момент времени t;S₀ - начальная площадь поперечного сечения образца.

(2)

где g - ускорение свободного падения.

По рассчитанным значениям строят графическую зависимость у_t от t. Экстраполируя кривую на ось ординат, находят значение у₀?напряжения в образце в момент времени t = 0. Экстраполяцией кривой наее воображаемый горизонтальный участок, находят значение равновесного напряжения в образце у_?.

По полученным экспериментальным данным находят время релаксации с помощью уравнения Максвелла:

(3)

гдеу₀ и у_t - соответственно напряжения в начальный момент времени и в момент времени t; ф - эффективное время релаксации (время с момента наложения на образец постоянной деформации, за которое напряжение в нем снизится в е раз).

Для этого выражение (3) логарифмируют и строят графическую зависимость lnу_t от t. Значение ф находят по тангенсу угла наклона прямой, равному 1/ф.

По равновесным значениям напряжения и деформации в области малых и средних деформаций можно рассчитать такие количественные характеристики структуры редко сшитых эластомеров, как объемная плотность межузельных отрезков макромолекулярных цепейи средняя масса участков макромолекулярных цепей между узлами сшивки Для этого используют формулы Уолла:

(4)

гдеу_? ? равновесное напряжение в образце, Па; ? объемная плотность межузельных отрезков макромолекулярных цепей (количество отрезков цепей между двумя узлами трехмерной сетки в единице объема эластомера),(м^?3); с - плотность эластомера, кг/м³; k-постоянная Больцмана 1,3810^?23Дж/К; Т - температура, К; л_?? относительная длина деформированного образца в равновесном состоянии: л_? = l_max/l₀.

(5)

где - средняя масса межузельного участка макромолекулярной цепи, кг/моль; R-универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/моль К.

Раздел Б. По замеренным значениям строят графическую зависимость l_t от t. Экстраполируя кривую на ось ординат и на воображаемый горизонтальный участок кривой, определяют соответственно l_t в момент времени t = 0, и равновесное значение длины рабочего участка l_?

По результатам измерений рассчитывают значения относительной деформации:

(6)

где е_t - относительная деформация в момент времени t, %.

Для определения времени релаксации деформации можно воспользоваться уравнением, аналогичным уравнению Максвелла, заменив в нем напряжения на соответствующие деформации. С учетом того, что используют данные испытаний образцов под нагрузкой, а не после ее снятия, следует сделать оговорку, что в данном случае под временем релаксации деформации понимают время перехода образца из начального мгновенно-деформированного состояния в состояние равновесной деформации. В этом случае выражение следует использовать в таком виде:

(7)

где е₀? относительная деформация при t= 0;е_? - равновесная относительная деформация.

После логарифмирования и несложного преобразования выражение приобретает вид, позволяющий найти время релаксации путем построения графической зависимости отt. Тангенс угла наклона прямой равен обратной величине времени релаксации ф.

Размещено на Allbest.ru