Файл: Трилор, Л. Введение в науку о полимерах.pdf

одновременно, их невозможно полностью отделить друг от друга. Сочетание этих свойств приводит к весьма при­ мечательным явлениям, не наблюдаемым у обычных жидкостей.

1. «ПРЫГАЮЩИЕ» И «РАСТЯГИВАЮЩИЕСЯ»

жидкости

Примером жидкости, проявляющей эластические свойства, может быть кремннйорганический полимер си­ ликон, который называют «прыгающей замазкой». Осно­ ву цепных молекул этого полимера составляют чередую­ щиеся атомы кремния и кислорода. К каждому атому кремния присоединены две боковые углеводородные группы, чаще всего метильные

СНз СНз

I I

—Si—О—Si—О— (11.1)

СНз СНз

Большинству полимеров в расплавленном или жидком состояних присуще свойство липкости, силиконы же за­ мечательны тем, что не обладают этим качеством (их интенсивно используют в промышленности для сниже­ ния адгезии к поверхности металлов и других материа­ лов). Это свойство силиконов позволяет продемонстри­ ровать их прыгучесть, так как хотя другие каучукоподобные полимеры ею и обладают, наблюдать это явле­ ние мешает прилипание материалов к любой поверх­ ности, с которой они контактируют.

«Прыгающая замазка», как и следует из названия, представляет собой силиконовый полимер, на вид и на ощупь действительно очень похожий на замазку. Если взять его в руки, то он плавится и принимает любую форму, однако в отличие от обычной замазки не сохра-

няет ее после плавления; если его положить в сосуд, то он растечется, образуя ровную горизонтальную поверх­ ность. При длительном времени наблюдения этот поли­ мер ведет себя, как жидкость, и вытекает из сосуда не­ прерывной ровной струей, подобно, скажем, очень гу­ стой патоке (рис. i'l.l.o:). Этот полимер достаточно те­

Рис. 11.1. а—струя «прыгающей замазки» при продолжительном времени наблю­ дения; б — эластическое поведение ма­ териала при непродолжительном вре­ мени наблюдения.

куч и выливается из жестяной банки в зазор между ее стенками и крышкой. В то же время силикон можно «сформовать» в руках, например придать ему форму мя­ чика, который будет подскакивать, как резиновый, при ударе об пол (рис. 11.1,6).

Прыгучесть силиконового каучука объясняется нали­ чием сетки зацепленных друг с другом длинных моле­ кул, которая в принципе имеет такую же эластичность, как и невулканизованный каучук. Однако время жизни таких зацеплений значительно меньше, чем в обычном каучуке, и поэтому, если силикон оставить на несколько минут в спокойном состоянии, то он течет, как Жидкость,

Эластические свойства материала проявляются не только в блоке, но и в растворе, особенно при концен­ трациях полимера от 1 до 10%. Эту эластичность можно наблюдать по поведению пузырьков воздуха, присут­ ствующих в растворе. Если стакан с таким раствором начать быстро вращать, а затем вращение прекратить,

I

ж

4*

то можно видеть, что пузырьки в растворе придут в ко­ лебательное движение. В более изящном опыте для де­ монстрации эластических свойств материала раствор полимера помещают в легкий цилиндрический сосуд А , в котором неподвижно закреплен внутренний цилиндр Б (рис. 11.2). Если внешний цилиндр вращать с постоянной

правлении. Этот возвратный эффект может достигать не­ скольких градусов.

Еще более наглядную иллюстрацию эластических свойств силикона дает рис. 11.3. Струю раствора, мед­ ленно вытекающую из бутыли, разрезают ножницами в точке А. Сразу же после этого концы потока самопро­ извольно разъединяются: верх­ ний поднимается, нижний идет вниз. Этот эффект хорошо на­ блюдать на примере 4%-ного раствора соли трилаурата алюминия в декалине (лауриновая кисота —

ставят на край невысокого стола. При этом раствор про­ должает быстро перетекать через край сосуда А в со­ суд Б до полного опорожнения Л. Причины этого явления до конца еще не ясны, но, по всей вероятности, оно свя­ зано с высокой эластичностью полимерного раствора.

2. ВЯЗКОЕ ТЕЧЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ

Общие соображения

Обратимся теперь к рассмотрению чисто вязкостного аспекта течения полимеров. Этот аспект крайне важен при переработке полимеров. Чтобы получить образец любой заданной формы, вещество необходимо сформо­ вать, приложив к нему в том или ином виде нагрузку; при этом конечная форма должна фиксироваться. В кау­ чуках и феполформальдегидных смолах, например,

между температурой, приложенным напряжением, вяз­ костью и другими свойствами полимера. Для успешного осуществления процессов переработки желательно как

между двумя пластинами, нижняя из которых АБ непо­

генциально к поверхностям, на которые оказывают дей­ ствие. Напряжение сдвига S определяется как отноше­ ние тангенциальной силы к площади поверхности, на которую она действует.

Для обычных жидкостей типа воды скорость сдвига

где S — напряжение сдвига, т) — постоянная, называемая вязкостью жидкости. Это соотношение называется