р- За Сверление. Чистовое

тывание фрезерование

2а Наружное и внут- 4 Черновое точение.

реннее шлифование. Чистовое фрезерова Однократное раз- ние

вертывание. Чисто- 5 Черновое фрезерова вое точение ние

Заключение. При М. о. широко применяются металлообрабатывающие или деревообрабатывающие станки. И те и др. сконструированы без учета специфич. особенностей пластмасс и условий их обработки и поэтому не обеспечивают высокопроизводительного изготовления изделий высокой точности. В связи с этим наблюдается стремление к созданию специализированных станков для обработки изделий из пластмасс. В этих станках предполагается использовать бесступенчатый привод в кинематич. цепях главного движения и подачи. Принимая во внимание относительно небольшую жесткость пластмассовой заготовки, необходимо повысить требования к точности ее центрирования и равномерности зажимных усилий фиксирующих элементов станка и приспособлений.

Одновременно с совершенствованием оборудования и инструмента необходимо специально изучать условия М. о. пластмасс и выработать минимально необходимый комплекс показателей, который обеспечивал бы научно обоснованный выбор геометрии инструмента и режимов резания полимерных материалов.

Лит.: Руднев А. В., Королев А. А., Обработка резанием стеклопластиков, М., 1969; С е м к о М. Ф. [и др.], Механическая обработка пластмасс. Фрезерование, М., 1965;

БобрынинБ. Н., Технология штамповки неметаллических материалов, М., 1962; Kobayshi Akira, Machining of plastics, N. Y., 1967; Encyclopedia of polymer science and technology, v. 8, N. Y.— [a. o.J, 1968, p. 338—74; Справочник машиностроителя, т. 5, кн. 2, М., 1964, гл. 10.

Ю.Н .Казанский.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА полимеров (mechanical properties, mechanische Eigenschaften, proprietes mecaniques).

Содержание: Классификация и общая характеристика механических

свойств 231

Деформационные свойства 231

Прочностные свойства 233

Фрикционные свойства 233

Физическое состояние и механические свойства . . . .234

Аморфное состояние 234

Кристаллическое (аморфно-кристаллическое)

состояние 236

Ориентированное состояние 236

Зависимость механических свойств от химического строения, состава и надмолекулярной структуры 237

Зависимость механических свойств от нек-рых внешних

факторов 239

Механические свойства полимеров — комплекс

свойств, определяющих механич. поведение полимеров при действии на них внешних сил. Для М. с. полимеров характерны:

1. Способность развивать под действием внешних механич. сил большие обратимые (высокоэластические) деформации, достигающие десятков, сотен и даже тысяч процентов. Эта способность характерна только для полимерных материалов.

2. Релаксационный характер реакции тела на механич. воздействие, т. е. зависимость деформаций и напряжений от длительности (частоты) воздействия. Эта зависимость обусловлена отставанием деформации от напряжения (см., напр., Гистерезисные явления) и может проявляться в чрезвычайно широком временном диапазоне (от долей секунды до многих лет — см. Релаксационные явления).

3. Зависимость М. с. полимера от условий его получения, способа переработки и предварительной обработки. Это связано с существованием в полимерных телах разнообразных форм надмолекулярной структуры, времена перестройки к-рых м. б. настолько велики, что полимер при одних и тех же условиях может устойчиво существовать в состояниях с различной морфологией.

4. Способность под действием анизотропного механич. воздействия приобретать резкую анизотропию М. с. и сохранять ее после прекращения воздействия (см. Анизотропия свойств).

5. Способность претерпевать под действием механич. сил химич. превращения (см. Механохимия).

Общий характер механич. поведения конкретного полимерного тела определяется тем, в каком физич. состоянии оно находится. Линейные и разветвленные полимеры могут находиться в трех основных аморфных состояниях — стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем, трехмерные (пространственные, сшитые) полимеры — только в первых двух из этих состояний. Многие полимеры могут также находиться в кристаллическом состоянии, существенной особенностью к-рого является то, что практически всегда в полимерном теле наряду со строго упорядоченными кристаллич. областями сохраняются области с аморфной структурой (поэтому такое состояние наз. также аморфно-кристаллическим, частично кристаллическим или полукристаллическим). Строго кристаллич. состояние реализуется только в полимерных монокристаллах.

При рассмотрении М. с. полимеров в особую группу выделяют ориентированное состояние, в к-ром могут находиться как аморфные, так и кристаллич. полимеры и для к-рого характерна анизотропия М. с.

Область применения полимера во многом определяется тем, в каком состоянии находится он в температурном интервале эксплуатации (обычно от —40 до 40 °С). Полимеры, находящиеся в этом интервале в высоко-эластич. состоянии, наз. эластомерами. Из эластомеров широкое технич. применение находят резины. Полимерные материалы, находящиеся в условиях эксплуатации в стеклообразном или кристаллич. состоянии, наз. пластическими массами. Последние используют в виде объемных изделий и пленок. Одноосноориентированные полимеры широко применяют в качестве волокон (см. Волокна химические).

Классификация и общая характеристика механических свойств

Под действием механич. сил все тела деформируются, а при достаточно сильных или длительных воздействиях разрушаются. В соответствии с этим различают деформационные и прочностные свойства. В отдельную группу М. с. выделяют фрикционные свойства, проявляющиеся при движении твердого полимерного тела по поверхности др. тела.

Для изучения М. с. и определения механич. характеристик материалов проводятся по определенным методикам механич. испытания. Испытания различаются типом деформации (одноосное и двухосное растяжение и сжатие, всестороннее сжатие, изгиб, сдвиг, кручение, вдавливание и др.) и режимом нагружения (постоянная нагрузка, нагрузка, обеспечивающая линейный рост деформации или ее постоянство, циклич. нагрузка, удар и др.). Выбор метода испытаний определяется как их целями, так и типом исследуемого материала. О методах испытаний различных полимерных материалов см. Испытания лакокрасочных материалов и покрытий, Испытания пластических масс, Испытания резин, Испытания химических волокон.

Для качественного и количественного описания М. с. полимеров пользуются теми же понятиями и характеристиками, что и для описания М. с. неполимерных материалов. Вместе с тем особенности поведения полимеров требуют введения новых понятий, а иногда и нек-рого изменения смысла принятых.

Деформационные свойства. Упругость и в ы-сокоэластичность (эластичность) — свойства тела восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия внешних сил. В узком смысле под «упругими» часто имеют в виду только мгновенно-упругие (точнее, происходящие со скоростью звука) деформации, к-рым отвечают модули упругости порядка 103—105 Мн/м2 (104—108 кгс/см2). Для запаздывающих механически обратимых деформаций, к-рым соответствуют существенно меньшие модули упругости (1—10 Мн/м2 — для наполненных резин, 0,1 —10 Мн/м2 — для типичных «мягких» резин, 10-4— 0,1 Мн/м2 — для пластифицированных резин и гелей), обычно употребляют термин «высокоэластические», относя его и к малым деформациям этих тел.

При равновесном деформировании упругих тел вся работа внешних сил обратимо запасается в материале, и в соотношения между напряжениями и деформациями не входит временной фактор. В линейной области механич. поведения упругого тела компоненты тензора деформаций ers выражаются как линейные комбинации компонент тензора напряжений а,-^: srs = 26rs,-^ о*^ и наоборот: oih = 2a/fersere. В этих соотношениях коэфф. пропорциональности aifirs наз. модулями упругости, коэфф. brsiti— податливостями. Для анизотропного тела независимыми м. б. только 21 коэффициент, для изотропного сжимаемого тела число характеризующих его параметров понижается до двух, для изотропного несжимаемого тела — до одного. При одноосном растяжении линейного упругого тела связь между относительным удлинением s и растягивающим напряжением a задается законом Гука: a = ЕЁ, где Е — модуль Юнга. Аналогично определяется модуль упругости при сдвиге и модуль всестороннего сжатия. Для нелинейного упругого тела связь между компонентами тензоров напряжений и деформаций задается нелинейными соотношениями произвольного строения, причем в общем случае может утрачиваться даже однозначность этих соотношений.

Мгновенно-упругие деформации полимеров обусловлены небольшими взаимными смещениями атомов, приводящими к изменению расстояний между валентно не связанными атомами и валентных углов. Высоко-эластич. деформации, будучи формально аналогичными упругим, отличаются от них специфически «полимерным» механизмом: они связаны с перемещением отдельных участков макромолекул, приводящим к изменениям их конформации. Поэтому высокоэластич. деформации приводят к изменениям энтропии системы, обычно составляющим определяющую часть изменений свободной энергии тела при деформировании, тогда как мгновенно-упругие деформации сопровождаются изменением только внутренней энергии.

Развитие больших высокоэластич. деформаций происходит в нелинейной области механич. поведения тела. Однако и в этом случае для характеристики сопротивления тела деформированию используют термин модуль упругости (или высокоэластичности), понимая под этим отношение напряжения к деформации (см. Модуль). В области высокоэластич. деформаций модуль упругости на 3—4 десятичных порядка меньше модуля всестороннего сжатия. Поэтому изменением объема тела при высокоэластич. деформации обычно пренебрегают.

Понятия о мгновенно-упругих и высокоэластич. деформациях представляют собой идеализацию, поскольку деформирование реальных полимерных тел всегда сопровождается диссипативными эффектами — часть работы внешних сил необратимо рассеивается в виде тепла. Поэтому реальные полимеры являются вязко-упругими или упруговязкими (см. Кел