Поведение полимеров при нагреве

Чтобы показать зависимость величины деформации ε от температуры, строят термомеханические кривые (при постоянном напряжении и скорости нагрева).

Рис. 110. Термомеханические кривые:

а – аморфный термопласт; б – кристаллический термопласт; в – термореактивный полимер

На рис. 110, а показано поведение при нагреве аморфного термопластичного полимера. При низких температурах полимер находится в стеклообразном состоянии (область I) и ведет себя как упругое твердое тело. Затем нагрев переводит его в высокоэластичное состояние (область II). Деформация полимера может достигать здесь сотен процентов (800 % у резин), но она обратима. При дальнейшем нагреве наступает вязко-текучее состояние; полимер ведет себя как вязкая жидкость (область III). Деформация необратима. Это область переработки пластмасс в изделия. Выше температуры термического разложения полимера t_разр разрываются ковалентные связи в макромолекулах, выделяются низкомолекулярные соединения, и полимер разрушается. Однако при охлаждении у термопластов происходит полимеризация, структура и свойства полимера восстанавливаются.

Рис. 110, б показывает поведение термопластичного полимера, способного кристаллизоваться. Ниже температуры кристаллизации t_кр полимер имеет упорядоченную структуру, выше – переходит в аморфное состояние. Так как на разрушение кристаллической структуры необходимо затратить энергию, кристаллический полимер становится высокоэластичным при более высокой температуре, чем аморфный.

На рис. 110, в показано поведение при нагреве термореактивного полимера. Он способен только на небольшую деформацию в упругой области, а затем, при нагреве выше t_разр, необратимо разрушается. При охлаждении полимеризации не происходит, свойства не восстанавливаются.

Область рабочих температур полимера – ниже температуры стеклования t_ст, хотя кратковременно он может работать и немного выше этой температуры. Но надо учитывать, что ниже температуры хрупкости t_хр полимер хрупко разрушается (для начала деформации здесь нужно напряжение, превышающее предел прочности). Таким образом, полимер надежно работает под нагрузкой в интервале температур от t_хр до t_ст. Чем этот интервал шире, тем лучше.

Надо представлять, что температуры переходов полимера из одного состояния в другое (t_ст и t_тек – температура текучести) не являются константами. Они зависят от условий нагружения. Чем больше скорость деформирования, тем выше эти температуры. В этом отличие от фазовых переходов в сплавах.