Реология полимеров. М., «Химия», 1977.
Монография представляет собой обобщение теоретических и экспериментальных исследований в области реологии высокомолекулярных соединений и их растворов, свойства которых рассматриваются во взаимосвязи с их строением и составом.
В книге описаны все важнейшие проявления особенностей механических свойств полимеров, находящихся в вязкотекучсм состоянии, что является основой для научно-обоснованного расчета ' и выбора перерабатывающего оборудования при формовании изделий из полимерных материалов. Наиболее подробно изложены результаты исследований вязкостных Свойств растворов и расплавов полимеров, определяющие их поведение в различных технологических процессах. Рассмотрено поведение текучих полимеров'в условиях одноосного растяжения.
Монография предназначена для широкого круга читателей; интересующихся проблемами физики, механики и физической 'химии полимеров, а также для инженерно-технических работников, занимающихся переработкой пластмасс, формованием изделий из резиновых смесей и получением волокон. Книга будет полезна также студентам и аспирантам высших учебных заведений, специализирующимся в соответствующих областях науки и техники. 440 с., 188 рис., 7 табл., 336 библиографических ссылок.
СОДЕРЖАНИЕ
Q
Предисловие .............>..............
Гла'ва 1. Основные понятия реологии........,•......... 11
1. Введение........................... "
2. Напряжения ................- •....... *2
2.1. Напряжение как тензор................... 12
2.2. Закон парности касательных напряжений. Правила преобразования компонент напряжений при повороте осей •....... 14
2.3. Инварианты тензоров напряжения.............. 17
2.4. Круг Моора ....................... 19
2.5. Всестороннее сжатие.................... 2р
2.6. Сдвиг ................ . . ........ 21 Л
2.7. Одноосное растяжение................. . 22 ••;-.
2.8. Девиатор напряжений.................... 23
3. Деформации.......................... ч. 24"
3.1. Геометрическая интерпретация деформации. Тензор больших , деформаций.......\ ......:........- 24
3.2. Тензор малых деформаций................. 29
3.3. Растяжение. Коэффициент Пуассона ..."... i ...:. 30
3.4. О мерах деформации при растяжении............ .32
3.5. Объемные деформации................... 34
3.6. Простой сдвиг ...............'....... 36
'3.7. Тензоры деформаций по Коши — Грину и Фингеру ...... 38
3.8. Простой сдвиг как деформация, сопровождающаяся вращением среды.......................... 39
3.9. Чистый сдвиг...................... 41
4. Кинематика деформирования. Скорость деформации ......... 41
5. О реологических уравнениях состояния.............. 49
6. Упругие тела . . . ."................. \ .... 53
6.1. Идеально упругое тело Гука ................ 53
6.2. Уравнение состояния упругого тела в инвариантной форме . . 56 1* - 3
6.3. Большие деформации в упругом теле............. 571
6.4. Упругое тело Рейнера................... 601
6.5. Упругое тело Муки — Ривлина.............. 62|
7. Вязкие жидкости........................ 651
7.1. Ньютоновская жидкость.................. 65 i
7.2. Вязкая жидкость Ривлина ................. 67
7.3. Аномально-вязкие (неньютоновские) жидкости........ 67 i
7.4. Вязкопластичные тела................... 70 \
8. Линейные вязкоупругие среды.................. 70
8.1. Понятие о линейном вязкоупругом теле............ 71
8.2. Режимы периодического деформирования.......... 72
8.3. Принцип суперпозиции Больцмана. Уравнения Больцмана — Вольтерры ........................ 78
8.4. Спектры времен релаксации и запаздывания......... 83
8.5. Простейшие модели вязкоупругйх сред и их обобщения .... 92
9. О построении нелинейных теорий вязкоупругости полимерных тел 103
9.1. Напряжения как функционал истории деформирования . . . ~. 104
9.2. Реологические уравнения состояния систем со спектром, зависящим от режима деформирования............. 108
9.3. Дифференциальные нелинейные реологические уравнения состояния ....... ....,*.<.,.. * ..•....... 112
Глава 2. Вязкость при сдвиговом течении............... 120
1. Введение........................... 120
2. Температурная Зависимость вязкости.........'...... 121
3. Энергия актирации течения . . . . :......' . '....... 133
3.1. Ньютоновская вязкость . ................. 133
3.2. Неньютоновская,(эффективная) вязкость........... 139
4. Числовые значения констант уравнения ВЛФ; параметры, характеризующие полимерные системы при температуре стеклования..... 141
5. Аномалия вязкости при установившемся течении.......... 146
5.1. Введение ..... ..'...:............. 146
5.2. Теория Эйринга и ее обобщение '.*............. 150
5.3. Структурные теории вязкости...........•..... 156
5.4. Теория Денни —Бродки.................. 157
5.5. Теория Бартенева — Ермиловой!.............. 159
5.6. Теория Леонова..................... 159
5.7. Теория Грессли..................... 161
5.8. Теория Уильямса . ................... 163
5.9. Гидродинамические теории................. 164
5.10. Аномалия вязкости как проявление нелинейной вязкоупругости 166 4
5 11 Эмпирические формулы для зависимости эффективной вязкости
' ' от скорости и напряжения сдвига............. 175
5.12. К определению начальной вязкости............ 178
6. Зависимость вязкостных свойств от молекулярной массы и развет-вленности полимеров....................... 1'9
-I7Q
6.1. Введение ...........•............. ily
6 2 Зависимость вязкости от молекулярной массы для полимеров -
с узким молекулярно-массовым распределением....... 181
6.3. Теория Фокса . ...................... 183
6.4. Теория Вики ....................... 186
6 5. Влияние молекулярно-массового распределения на наибольшую
ньютоновскую вязкость.................. 189
6.6. Критическая молекулярная масса.и аномалия вязкости .... 190
6.7. Аномалия вязкости и полидисперсность полимеров ...... 195
6.8. Влияние режима деформирования на зависимость вязкости от молекулярной массы................... 201
7. Вязкость разветвленных полимеров .....<......... 203
8. Зависимость вязкости от давления................ 206
9. Вязкость концентрированных растворов полимеров......... 209
9.1. Введение.................'....... 209
9.2. Эмпирические обобщения характеристик вязкостных свойств концентрированных растворов полимеров........... 210
9.3. Концентрационная зависимость начальной вязкости растворов полимеров с позиций теории свободного объема....... . 216
9.4. О влиянии сетки зацеплений макромолекул на начальную вязкость растворов полимеров................. 220
9.5. Аномалия вязкости растворов полимеров .......... 222
10. Обобщенная характеристика вязкостных свойств полимеров .... 226
11. Правило логарифмической аддитивности............. 233
Глава 3. Релаксационные (вязкоупругие) свойства текучих полимерных
систем......................... 236
1. Вязкоупругие свойства разбавленных растворов.......... 236
1.1. Введение . . ...................... 236
1.2. Модель «ожерелья» (модель Каргина — Слонимского — Рауза) 237
1.3. Модель свободнопроницаемого клубка (модель Вики) ..... 244
1 -4. Модель непроницаемого клубка (модель Кирквуда — Райзмана —
Зимма)........................... 247
1.5. Модель частично проницаемого клубка............ 250
1.6. Вязкоупругие свойства коротких и жестких цепей...... 251
1.7. Экспериментальные результаты............... 253
1.8. Вязкоупругие характеристики предельно разбавленных растворов ......•..................... 256
5
1.9. Динамические свойства при очень высоких частотах..... 258
2. Метод суперпозиции...................... 260
2.1. Температурно-частотная суперпозиция.....,..... 260
2.2. Концентрационно-инвариантные характеристики вязкоупругих свойств растворов...................... 264
2.3. Приведение по молекулярной массе .... . . . . . ._,. . . 266
2.4. Некоторые ограничения метода суперпозиции........ 268
3. Вявкоупругие свойства концентрированных растворов и расплавов 270'
3.1. Низкомолекулярные вязкоупругие системы ......... 270
3.2. Общие представления о вязкоупругих свойствах концентрированных растворов и расплавов высокополимеров..... 272
3.3. Обобщение модели «ожерелья» для концентрированных растворов (влияние зацеплений на релаксационный спектр) .... 279
3.4. Модель «сетки» с проскальзыванием в узлах зацеплений . . . 282
3.5. Теория Тобольского — Аклониса (ТА)........... 283
3.6. Теория Близарда — Марвина — Озера........... 288
3.7. Теория Покровского..........•*........ 293
3.8. Модель «сетки» Лоджа.................. 296
3.9. Модель Грессли..................... 298
3.10. Температурная зависимость протяженности плато высокоэла-стичности......,.................. 300
4. Корреляция динамических режимов деформирования и стационарного течения полимерных систем . . . '................ 303
4.1. Введение........................ 303
4.2. Феноменологические теории ................ 304
4.3. Молекулярные модели................... 308
4.4. Экспериментальные- результаты.............. . 309
5. Релаксационные свойства полимеров при течении и больших деформациях ...... ^...............,...... 3^2
5.1. Изменение динамических характеристик вязкоупругих материалов при установившемся сдвиговом течении........". 312
5.2. Об изменении релаксационного спектра полимера при течении 316
5.3. Зависимость динамических свойств от амплитуды деформации 318
Глава 4. Нормальные напряжения при сдвиге (эффект Вейесенберга) 323
К*" ..',.. • •
1. Общая характеристика напряженного состояния при простом сдвиге 323
2. Нормальные напряжения в упругих телах............. 326
2.1. Геометрическая интерпретация.............. 326
2.2. Нормальные напряжения и упругие потенциалы....... 328
3. Нормальные напряжения при течении жидкостей ......... 333
3.1. Нормальные напряжения в различных реологических уравнениях состояния...................... 333
в
32 Нормальные напряжения в вязкоупругой среде....... 335
з'з'. Нормальные напряжения и переходные режимы деформирова- ^ ния ..........'................
3 4 Динамические нормальные напряжения, обусловленные вязко-
' упругостью полимерной цепочки................ *«
35 Осциллирующие нормальные напряжения при наложении гармо-
нетески колебаний на сдвиговое течение.......... 345
4 Экспериментальные соотношения между нормальными и касательными ' напряжениями и скоростью сдвига............• • • • *"
4 1. Общий характер влияния скорости сдвига на касательные и нор-
' малыше напряжения................... iAt
4 2 Температурно-инвариантные и концентрационно-инвариантные
характеристики нормальных напряжений .......... о51
5. Аномалия вязкости и нормальные напряжения........... 354,
5.1. Общие соотношения.............•...... 354
52 О вычислении начального коэффициента нормальных напряжений .......................... 356
6. Зависимость нормальных напряжений от температуры и природы
полимерной системы
Глава 5. Высокоэластичность текучих полимеров
361
6.1. Температурная зависимость нормальных напряжений .... 361
6.2. Зависимость нормальных напряжений от концентрации раствора 361
6.3. Влияние молекулярной массы на нормальные напряжения . . 364
6.4. Влияние молекулярно-массового распределения на нормальные напряжения....................... 365
6.5. Некоторые особые случаи возникновения нормальных напряжений.......................• • • • *™7
7. Нормальные напряжения и двойное лучепреломление в потоке . . . 367
7.1. Общая теория вопроса................... 367
7.2. Концентрационная зависимость динамооптического коэффи-циента.......................... 370
374
1. Введение . . . _,....................... 374
2. Вязкоупругость и высокоэластические деформациич......... 37&
3. Зависимость высокоэластичности от напряжений, скорости деформации
и температуры.......................•• 378
4. Высокоэластические деформации в растворах полимеров ...... 383
4.1. Зависимость начального модуля от концентрации ...... 383
4.2. Некоторые- теоретические соотношения ........... 385
4.3. Высокоэластичность растворов при высоких скоростях и напряжениях......................... 387
5. Зависимость высокоэластических свойств полимерных систем от молекулярной массы и молекулярно-массового распределения . . • . » . . 389
5.1. Влияние молекулярной массы на Высокоэластичность полимеров 389
ч
5.2. Влияние молекулярно-массового распределения на эластич-
, НОСТЬ..........,................
6. Свободное упругое восстановление струи, вышедшей из капилляра 394i
6.1. Качественные наблюдения ................. 39^
6.2. К теории свободного упругого восстановления струи..... 39"$
'Ж
Глава 6. Одноосное растяжение полимеров.............. 400!
1. Введение........................../ 400:
2. Кинематика растяжения.................... 401*
3. Реологические соотношения для одноосного растяжения (теория) . . 405
3.1. Растяжение полимеров в области линейной вязкоупругости . . 405
3.2. Растяжение вязкоупругой жидкости в нелинейной области 408
3.3. Продольная вязкость растворов (молекулярные модели) ... 413
4. Изменения вязкоупругих свойств текучих полимеров при одноосном растяжении (эксперимент).................. . 417
4.1. Предстационарная стадия растяжения........... 417
4.2. Продольная вязкость и модуль высокоэластичиости при установившемся течении .................... 422
/ "
4.3. Соответствие между высокоэластическими деформациями и прочностью ......................... 425
5. Разрывы при растяжении полимеров............... 426
Предметный указатель.................. 434
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемая вниманию -читателя книга обобщает современные» представления и результаты экспериментальных исследований в области изучения реологических свойств высокомолекулярных соединений и растворов полимеров в связи с особенностями их строения и состава. •
За последние 10—15 лет реология полимеров сложилась в самостоятельное научное направление, в различных своих аспектах смыкающееся с молекулярной физикой, механикой сплошных сред и технологией переработки и применения высокомолекулярных соединений. В настоящее время реологические исследования полимеров приобрели огромный размах, охватив широкий круг объектов, причем общность методологии позволяет активно использовать. методы, разработанные в реологии полимеров, для изучения механических свойств самых разнообразных материалов: биологических жидкостей, смазок, неорганических веществ типа глин, бетона и стекла. Практический выход реологических исследований связан: с созданием новых технологических процессов переработки пластических масс, резиновых смесей и волокон, расчетом и оптимизацией существующих производств, прогнозированием и оценкой эксплуатационных характеристик изделий в самых передовых областях современной техники.
Такая широта предмета исследований в сочетании со спецификой проявлений свойств многих классов и типов современных полимерных материалов заставила авторов сконцентрировать внимание только на ключевых моментах реологии полимеров —-общем подходе-к описанию механических свойств сплошных сред, результатах виско-зиметрических исследований полимерных систем различного состава,, определении вязкоупругих свойств полимеров, как следствия длин-ноцепочечного строения макромолекул, особенностей проявления реологических свойств полимеров при наиболее простых и важных схемах деформирования — сдвиге и одноосном растяжении.
Ограниченный объем книги не позволил, к сожалению, ничего-сказать об экспериментальных методах реологии и постановке-краевых задач. Впрочем, эти вопросы столь важны и в настоящее-время развиваются столь интенсивно и плодотворно, что должны составить темы отдельных мойографий. Вне рамок настоящей книга
Цена: 150руб.
