Влияние температурного фактора на деформационные свойства полимерных нитей и пленок

Головина В.В., Рымкевич П.П., Шахова Е.А., Прищепёнок О.Б. Влияние температурного фактора на деформационные свойства полимерных нитей и пленок // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 2. С. 267–274. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-2-267-274

Предмет исследования. Представлены результаты исследования деформационных свойств полимерных материалов. Рассмотрено воздействие температурного фактора, неучтенного ранее в моделировании и прогнозировании, на деформационные свойства полимерных нитей и влияние изменения температуры материала в процессе деформирования. Приведены выводы основных термодинамических функций для полимерных материалов. Метод. Рассмотрена энергетическая диаграмма, которая типична для полимерных материалов, дающих усадку. Пояснена «заторможенность» процесса восстановления, а также одинаковый уровень значений высокоэластической деформации при снятии нагрузки в процессе восстановления у полимерных нитей и пленок. На основании уравнения состояния полимерной нити и известных термодинамических тождеств определены основные термодинамические функции: внутренняя энергия, энтальпия и энтропия в зависимости от температуры и безразмерного напряжения. Рассмотрены случаи применения первого закона термодинамики к деформационным процессам. С позиций термодинамики рассмотрены основные режимы деформирования: ползучесть, релаксация напряжения и активное растяжение полимерных нитей и пленок. Объяснены явления, наблюдаемые экспериментально в ходе данных процессов. Сделан вывод о необходимости учитывать изменение локальной температуры. На основе модельного уравнения состояния полимерной нити и аналога уравнения Клапейрона–Клаузиуса получено выражение для температурного коэффициента давления материала. Основные результаты. Дано объяснение «заторможенности» процесса восстановления полимеров. Определены основные термодинамические функции для полимерного материала, которые учитывают изменяющуюся в процессе деформации температуру материала. Получен термодинамический коэффициент для политропного процесса. Практическая значимость. Температурный коэффициент дает возможность анализировать диаграммы растяжения в зависимости от скорости деформирования и скорости изменения температуры образца. Высокоэластическая часть деформации в термодинамических функциях выражена через упругую деформацию, определяемую механическим напряжением, которое может быть непосредственно измерено в ходе проведения эксперимента.

1. Работнов Ю.Н.Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука, 1977. 384 с.
2. Сталевич А.М.Деформирование ориентированных полимеров. СПб.: СПбГУТД, 2002. 250 с.
3. Макаров А.Г. Прогнозирование деформационных процессов в текстильных материалах: монография. СПб.: Изд-во СПбГУТД, 2002. 220 с.
4. Пальмов В.А. Теория определяющих уравнений в нелинейной термомеханике деформируемых тел: учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2008. 113 с.
5. Макаров А.Г., Демидов А.В.Методы математического моделирования механических свойств полимеров. СПб.: Изд-во СПбГУТД, 2009. 392 с.
6. Демидов А.В., Макаров А.Г., Сталевич А.М. Вариант моделирования нелинейно-наследственной вязкоупругости полимерных материалов // Известия Российской Академии наук. Механика твердого тела. 2009. № 1. С. 143–153.
7. Горшков А.С., Макаров А.Г., Романова А.А., Рымкевич П.П. Моделирование деформационных процессов ориентированных полимеров на основе описания кинетики надмолекулярных структур, разделенных энергетическими барьерами // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 9(44). С. 75–83. doi: 10.5862/MCE.44.10
8. Рымкевич П.П., Головина В.В., Макаров А.Г., Романова А.А., Рымкевич О.В. Прогнозирование деформационно-релаксационных процессов в гибко и жесткоцепных полимерных текстильных материалах на основе диаграмм растяжения // Известия высших учебных заведения. Технология легкой промышленности. 2018. Т. 39. № 1. С. 3–8.
9. Rymkevich P.P., Romanova A.A., Golovina V.V., Makarov A.G. The energy barriers model for the physical description of the viscoelasticity of synthetic polymers: application to the uniaxial orientational drawing of polyamide films // Journal of Macromolecular Science. Part B: Physics. 2013. V. 52. N 12. P. 1829–1847. doi: 10.1080/00222348.2013.808906
10. Головина В.В. Моделирование и прогнозирование деформационных свойств полимерных текстильных материалов: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб., 2013. 168 с.
11. Головина В.В., Шахова Е.А., Рымкевич П.П. Уравнение состояния полимерных нитей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 6. С. 877–882. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-6-877-882
12. Рымкевич П.П., Сталевич А.М. Кинетическая теория конформационных переходов в полимерах // Физико-химия полимеров: синтез, свойства и применение. 1999. № 5. С. 52–57.
13. Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика.М.:Наука,1972.400 с.
14. Рымкевич П.П. Разработка научных основ и методов прогнозирования термовязкоупругих свойств полимерных материалов текстильной и легкой промышленности: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. СПбГУТД, 2018. 299 с.
15. Головина В.В., Рымкевич П.П.,Романова А.А.Определяющее уравнение вязкоупругого поведения одноосноориентированных полимерных материалов и его применение к расчёту диаграмм растяжения // Технико-технологические проблемы сервиса. 2013. № 1(23). С. 31–35.
16. Шахова Е.А., Головина В.В., Макаров А.Г., Рымкевич П.П., Федорова С.В. Обобщённое определяющее уравнение наследственной нелинейной вязкоупругости // Известия высших учебных заведения. Технология легкой промышленности. 2019. Т. 44. № 2. С. 5–8.
17. Головина В.В., Вавилов Д.С., Рымкевич П.П., Шахова Е.А. Исследование характера диаграмм растяжения полимерных текстильных материалов в зависимости от скорости деформирования // Известия высших учебных заведения. Технология легкой промышленности. 2018. Т. 41. № 3. С. 13–16.
18. Степашкина А.С., Шахова Е.А., Москалюк О.А., Чупринова О.В., Цобкалло Е.С. Прогнозирование механических свойств одномерных полимерных структур // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 6. С. 883–887. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-6-883-887

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License