Пластическая деформация у твердых полимеров проявляется при высоких напряжениях и (или) температурах и обусловлена необратимым перемещением макромолекул или их агрегатов. Она всегда сопровождается развитием высокоэластической деформации, что усложняет ее наблюдение и качественную и количественную оценку. При пластической деформации любое твердое вещество утрачивает свойства, определяемые понятиями "твердость" и "жесткость", приобретает свойство текучести, которое характеризуется вязкостью и описывается уравнением Ньютона
(1.8) где - тангенциальное (касательное) напряжение, Па; - динамическая вязкость, Па*с; - градиент скорости относительного перемещения соседних слоев жидкости, м/(с?м) = . У полимеров, проявляющих признаки течения при высоких нагрузках, зависимость между напряжением и скоростью деформации для сравнительно небольшого диапазона скоростей может быть описана степенным законом
(1.9) где - скорость относительной деформации,%/c; 1, - константы. При постоянной скорости деформации напряжение с течением времени изменяется по кривой с максимумом (рис. 1.1), так как в деформируемом полимере одновременно протекают два процесса - развитие высокоэластической деформации, повышающее напряжение, и тиксотропное (обратимое) разрушение структуры полимера, приводящее к его снижению. По мере разрушения структуры полимера напряжение стабилизируется, но с увеличением скорости деформации оно возрастает. При испытаниях полимеров на сжатие необратимую деформацию характеризуют условным показателем пластичности
(1.10) где - соответственно толщина образца - начальная, под нагрузкой F и после снятия нагрузки и восстановления.
Рис. 1.1. Изменение напряжения в полимере во времени при постоянных температуре Т и скорости деформации = ( 2 > 1) Бумага и переплетные материалы на основе целлюлозы при нормальной, нормируемой ГОСТом влажности порядка 5-10% вряд ли способна к пластической деформации, вязкому течению, описываемому уравнениями (1.8) и (1.9). Целлюлоза, основной компонент бумаги, - сравнительно жесткоцепный полимер, температура плавления которого выше температуры термической деструкции, а нагревание ее свыше температуры стеклования (около 220°С) может привести лишь к разложению макромолекул. Термическая деструкция целлюлозы начинается уже при температуре 150°С; при температуре от 170°С она окисляется молекулярным кислородом, а при температуре свыше 300°С происходит пиролиз. В сухой целлюлозе практически все ОН-группы целлюлозы участвуют в образовании водородных связей между молекулами в микро-, макрофибриллах и в волокнах. Энергия водородной связи весьма высока (в воде при 0°С она равна 20 кДж/моль), поэтому вероятность разрыва водородных связей при деформировании материалов на основе целлюлозы маловероятна. Связь между волокнами бумаги и картона осуществляется за счет значительно более слабых ван-дер-ваальсовых сил, а в бумаге № 2 и № 3 и в переплетном картоне, содержащих относительно грубые и шероховатые волокна древесной массы, и за счет сил трения. Преодоление этих сил может сопровождаться относительным смещением волокон; в процессах разрезки и тиснения возможно разделение волокон на фибриллы и микрофибриллы, но этот процесс следует отнести к механической деструкции надмолекулярной структуры, но не к вязкому течению в жидкостях. При склеивании бумаги и картона клеями с большим содержанием воды водородные связи между молекулами целлюлозы заменяются мостиковыми связями через диполи воды. Такая связь сравнительно легко может быть разрушена при силовом воздействии, но это уже другой материал - "папье-маше" [18, 24, 29, 31]. Гладкий срез бумаги и картона, получаемый в процессах разрезки, перфорации и высечки, не может служить свидетельством наличия в них пластической деформации, так как механическое разрушение надмолекулярной структуры, раздвижение агрегатов микрофибрилл на половину их длины обеспечивает класс шероховатости поверхности, соответствующий высшему классу чистоты механической обработки 14в, полированной поверхности (0,025-0,032 мкм).
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ» з дисципліни «Технологія брошуровочно-палітурних процесів»
