Книга Алфрея содержит обширный материал по механическим свойствам полимеров и подводит итог зарубежных работ в этой области. Автором изложены результаты теоретических исследований по физике полимеров и приведены многочисленные примеры, относящиеся к практически важным случаям; рассмотрен очень широкий круг вопросов, относящихся к свойствам линей-
1*
ных и трехмерных полимеров, кристаллизации и пластификации, растворимости и прочности полимеров.
В то же время книга не лишена существенных недостатков.
Наиболее важным недостатком книги является почти полное игнорирование советских работ по физике и физической химии высокополимеров. Это ставшее обычным для американских научных монографий обстоятельство не может удивить советского читателя, которому хорошо известно, какими соображениями, не имеющими ничего общего с наукой, руководствуются авторы этих монографий, замалчивая достижения советских ученых. От такого замалчивания страдают прежде всего собственные труды американских авторов и, в частности, книга Алфрея. Общеизвестно, что Советский Союз является родиной крупнейшего открытия в области высокомолекулярных соединений—синтеза искусственного каучука, произведенного впервые академиком С. Н. Лебедевым. Физика высокополимеров интенсивно развивается в Советском Союзе. Советским ученым принадлежат наиболее важные, фундаментальные работы в этой области науки. Для более полной информации читателя в конце книги приведена не претендующая на исчерпывающую полноту библиография советских работ по физике полимеров; один перечень названий этих работ показывает, насколько они существенны и разнообразны.
Другим недостатком книги является отсутствие у Алфрея собственной точки зрения на ряд научных вопросов. Алфрей приводит обширные выдержки из работ других авторов без какой-либо самостоятельной критической оценки. В большинстве случаев эти цитаты достаточно интересны, но, конечно, такое изложение страдает отсутствием цельности. Зачастую Алфрей излишне многословен и слишком подробно рассматривает второстепенные вопросы. Мы, однако, не сочли возможным сокращать книгу в русском переводе, считая, что физика полимеров настолько новая и интересная область, что детализация в рассмотрении некоторых вопросов не лишена интереса для читателей.
В русском переводе книга дополнена немногими примечаниями и обширной библиографией литературы по физике полимеров на русском языке. Читатель, желающий серьезно изучить эту область науки, не сможет, конечно, ограничиться книгой Алфрея; в первую очередь ему придется ознакомиться с крупнейшими достиже-
ниями советских ученых. Приводимая библиография сможет помочь читателю в этом отношении.
В русском переводе исправлены некоторые ошибки Алфрея. Переводчики встретились с рядом трудностей вследствие того, что терминологию в области физики полимеров нельзя еще считать установившейся; при редактировании перевода во всех необходимых случаях мы старались заменить термины иностранного происхождения соответствующими русскими терминами.
Читая книгу, следует иметь в виду, что Алфрей не только теоретик, но и практический работник в области технической физики. Это обстоятельство делает книгу особенно ценной для инженеров—работников прикладных институтов и лабораторий. Книга Алфрея будет полезной как для физиков и физико-химиков, так и для инженеров, имеющих дело с высокополимерными материалами и, в частности, занимающихся их механическими испытаниями.
Перевод книги выполнен О. В. Бланк-Волькенштейн (гл. I, VI и дополнения), Я. С. Бобовичем (гл. II, V) и И. Г. Михайловым и В. А. Соловьевым (гл. III, IV).
1 Т r\s~^rt\ Л//" Дл а 1. i^auatiwvla-fi и
ОГЛАВЛЕНИЕ
П j з д и с л о в и р р с ;, к тора перевода........ 3
Из предисловия автора................ 7
а /. Введение......................... 9
I. Феноменологическое рассмотрение.............. 9
§ 1. Геометрия напряжения................ 9
§ 2. Геометрия малых деформаций............. 16
§ 3. Теория упругости. Связь между напряжением и деформацией в идеально упругом теле ........... 18
A. Однородные напряжения.............. 18
Б. Неоднородные напряжения............. 24
B, Большие деформации................ 28
§ 4. Течение ньютоновской жидкости........... 31
А, Однородные напряжения сдвига........... 31
Б. Неоднородные напряжения............. 34
§ 5. Не ньютоновские жидкости и пластичность ...... 41
A. Однородные напряжения сдвига........... 41
Б. Поведение неньютоновской жидкости под действием
неоднородных напряжений ............. 44
B. Определение кривых течения............ 49
Г. Развитие гидродинамических концепций, выражаемых
дифференциальными уравнениями вязкого течения . . 52 § 6. Тиксотропия: течение, сопровождаемое изменением
структуры....................... 54
§ 7. Кулоновское трение.....'............. -61
§ 8. Сочетание упругости и течения. Инерциальные эффекты ......................... 62
A. Максвелловская релаксация............. 63
Б. Запаздывающая упругая реакция.......... 66
B. Инерциальная упругость и затухающая инерциальная упругость....................... 68
II. Молекулярный механизм упругости и течения....... 71
§ 9. Механизм упругого смещения в твердых кристаллических телах...................... 72
А. Зависимость упругих постоянных от температуры . . 74
Б. Характер сил.................... 75
§ 10. Жидкое течение (механизм реакции на напряжение) . . 76
A. Структура простых жидкостей............ 77
Б. Диффузия ..................... 79
B. Вязкое течение................... 80
Г. Точка размягчения и кажущаяся точка перехода
второго рода в аморфных телах........... 85
Литература....................... 99
Глава II. Вязкоупругие свойства аморфных линейных высокомолекулярных соединений................. 102
I. Введение.....,.................. . Ю2
II. Структура и диффузия линейных аморфных полимеров . . 103
§ 1. Конфигурации.................... 103
§ 2. Равновесное распределение конфигураций....... 108
§ 3. Диффузия....................... НО
III. Влияние напряжений сдвига. Предварительное качественное исследование вопроса ................. 112
§ 4. Введение....................... 112
§ 5. Анализ модели с четырьмя параметрами....... 117
A. Значение элементов. Величина и температурная зависимость постоянных................ 117
Б. Область процессов, описываемых моделью А..... 126
B. Модель В—эквивалент модели А '. . ........ 136
IV. Влияние напряжений сдвига. Более точная теория; количественное рассмотрение вопроса............. 138
§ 6. Формальная необходимость введения функции распределения для времен запаздывания.........*'..... 138
A. Сложные явления, вытекающие из распределения времен запаздывания................ 141
Б. Основное дифференциальное уравнение в частных
производных .................... 144
B. Модель, равноценная модели С........... 146
§ 7. Молекулярная теория вязкоупругого спектра аморфного линейного полимера............... 146
А., Различные типы сегментов............. 155
; Б. Влияние молекулярного веса на вязкоупругий спектр 157
•' В. Влияние полидисперсности на вязкоупругий спектр . 160
Г. Влияние химического строения........... 164
§ 8. Эмпирическая модель с четырьмя параметрами .... 180
А. Более подробные эмпирические модели....... 185
§ 9. Взаимосвязь и нелинейность вязкоупругих элементов . 187
V. Напряжение сдвига. Динамика вязкоупругого поведения . 191
§ 10. Случай 1. Постоянное напряжение.......... 194
§ 11. Случай 2. Постоянная деформация.......... 196
"N i § 12. Случай 3. Постоянная скорость деформации...... 199
* • § 13. Случай 4. Деформация, обусловленная напряжениями,
меняющимися со временем по синусоидальному закону 205
§ 14. Аналогия с электрическими цепями.......... 210
А. Общее применение функции полного сопротивления
(импеданса)..................... 214
§ 15. Принцип наложения.................. 215
§ 16. Гистерезис и тепловые потери циклических упругих
деформаций...................... 217
A. Механическое неравновесие............. 218
Б. Термическое неравновесие.............. 219
B. Фазовое неравновесие................ 220
VI. Неоднородные и смешанные напряжения......... 222
§ 17. Введение.........•.............. 222
§ 18. Распространение теории на случай вязкоупругих
материалов...................... 224
§ 19. Случай, когда функция /(з,г) может быть представлена
в виде произведения двух множителей........ 228
§ 20. Общий случай.................... 229
§ 21. «Доступные» и «недоступные» состояния деформации . 231
§ 22. Частные случаи.................... 233
§ 23. Большие деформации................. 236
VII. Оптические явления в деформированных аморфных полимерах. Фотоупругость................... 239
Литература....................... 247
Глава III. Трехмерные полимеры с поперечными связями .... 253
I. Введение......................... 253
II. Механическое поведение идеализированных типов сеток . . 255 § 1. Рыхлые регулярные сетки, заполненные веществом с
низким молекулярным весом............. 255
A. Равновесное поведение............... 255
Б. Тэтраэдрическая модель сетчатой структуры каучука 262
B. Теория Гута и Джемса............... 266
Г. Дефекты сетки. Влияние молекулярного веса исходного линейного полимера на упругие свойства сетки 278
Д. Неравновесное поведение.............. 282
§ 2. Рыхлые регулярные сетки, содержащие молекулы
линейного полимера................. 284
§ 3. Рыхлые нерегулярные сетки............. 287
§ 4. Плотные сетки.................... 288
III. Образование трехмерных полимеров............ 289
Ц5. Реакции поликонденсации.............. 289
A. Решение рекуррентного соотношения........ 299
Б. Распределение образований по молекулярной сложности (z)...................... 300
B. Отношение золь—гель................ 301
Г. Средняя и средняя взвешенная сложность..... 303
Д. Распределение образований по размерам...... 304
§ 6. Образование поперечных связей в линейных полимерах ........................ 306
А. Частный случай. Монодисперсные полимеры .... 307 Б. Общий случай: произвольное исходное распределение 310 § 7. Реакции полимеризации с участием дивинильных соединений ....................... 315
A. Сополимеризация винильных соединений...... 316
Б. Определение симметрии и независимости...... 321
B. Полимеризация симметричных дивинильных соединений ........................ 322
Г. Полимеризация несимметричных дивинильных соединений ........................ 324
Д. Сополимеризация винильного мономера с симметричным дивинильным мономером............ 325
Е. Сополимеризация винильного мономера с несимметричным дивинильным мономером.......... 327
IV. Структура и механические свойства реальных трехмерных
полимеров........................ 328
§ 8. Вулканизированный каучук............. 328
§ 9. Фенолформальдегидные и родственные им пластмассы 339
§ 10. Шерсть........................ 343
V. Химические изменения, сопровождающие вязкоупругую
деформацию ....................... 344
§11. Образование дополнительных поперечных связей при
деформации ..................... 344
§ 12. Разрыв поперечных связей при деформации..... 344
§ 13. Разрыв поперечных связей с последующим образованием новых...................... 345
А. Дальнейшая бакелизация фенопластов при ползучести ......;................. 346
Б. Релаксация напряжения в вулканизированных кау-
чуках ....................... 349
§ 14. Динамический обмен ван-дер-ваальсовских связей . . 359
Литература....................... 359
Глава IV. Кристаллизация высокополимеров........... 363
I. Структура ........................ 365
II. Термодинамика кристаллизации высокополимеров..... 368
III. Кинетика кристаллизации высокополимеров........ 375
IV. Влияние специфических факторов молекулярной структуры
на кристаллизацию высокополимеров........... 379
§ 1. Влияние молекулярного веса и наличия поперечных
связей на кристаллизацию . . ............ 383
§ 2. Влияние низкомолекулярных веществ на кристаллизацию высокополпмеров ... ........... 384
V. Влияние кристалличности и процесса кристаллизации на
механические свойства высокополимеров.......... 386
§ 3. Механические свойства кристаллитов......... 386
§ 4. Механические свойства поликристаллических полимеров без учета фазовых переходов........... 386
§ 5. Механические свойства поликристаллических полимеров с учетом фазовых переходов........... 388
A. Кристаллизация прп упругой деформации...... 388
Б. Влияние кристаллизации на течение каучука .... 396
B. Кристаллизация полихлорвинилидена (сарана) . . . 397 Г. Влияние кристаллизации на упругие свойства найлона 400 Д. Другие примеры.................. 401
VI. Механические свойства шерсти............... 435
Литература....................... 445
Глава V. Пластификация И растворение (системы, содержащие вы-
сокополимеры и вещества с низким молекулярным весом) 449
I. Введение ......................... 449
II. Размещение молекул в аморфных смесях.......... 449
III. Влияние низкомолекулярных веществ на вязкоупругие свойства высокополимеров в концентрированных системах . 453
IV. Разбавленные растворы полимеров............. 474
§ 1. Уравнение Штаудингера............... 477
§ 2. Зависимость вязкости от концентрации........ 479
§ 3. Зависимость вязкости от молекулярного веса..... 482
§ 4. Зависимость вязкости от скорости сдвига....... 487
§ 5. Влияние температуры и типа растворителя на внутреннюю вязкость раствора высокополимера...... 489
Литература....................... 494
Глава VI. Предельное сопротивление (механическая прочность) и
связанные с ним свойства............... 497
I. Введение.......................... 497
§ 1. Математические затруднения............. 497
498
§ 2. Затруднения структурного характера......... 498
§ 3. Экспериментальные затруднения........... 498
II. Геометрическое рассмотрение................ 499
III. Временные эффекты.................... 502
§ 4. Время излома как функция напряжения....... 502
A. Сочетание сложного геометрического и временного поведения...................... 504
Б. Гипотетическая реакция на различные последовательности напряжений............... 505
B. Определение напряжений разрыва из кривой зависимости деформации от напряжения.......... 508
§ 5. Ударная прочность.................. 512
IV. Соотношение между структурой и напряжением разрыва . . 514
§ 6. Зависимость от молекулярного веса......... 514
§ 7. Влияние распределения молекулярных весов..... 516
§ 8. Влияние кристаллизации и ориентации на разрывную
прочность...................... 520
§ 9. Действие окружающих условий............ 535
Литература....................... 544
Приложение I. Тензорное представление напряжения и деформации........................ 553
Приложение II. различные математические методы описания вяз-
коупругих свойств................ 556
§ 1. Введение....................... 556
§ 2. Методы определения вязкоупругих свойств...... 557
§ 3. Точные соотношения между методами......... 561
• § 4. Некоторые новые приближенные методы....... 572
§ 5. Критическое сопоставление семи методов представления 575 Приложение III. Тензорное представление неоднородных напряжений в вязкоупругой среде........... 577
§ 1. Введение....................... 577
§ 2. Соотношение между напряжением и деформацией для
вязкоупругих веществ................. 580 .,.
§ 3. Определение смещений в первой задаче вязкоупру-
гости........................ 582
§ 4. Определение напряжений во второй задаче вязкоуп-
ругости........................ 584
приложение IV. Экспериментальные методы научных механических испытаний высокополимеров........ 585 -•.....
Дополнительная литер'а тура......... 590
Предметный указатель......... """
Цена: 300руб.
