Особенности микро – и макромеханики деформирования полимерных материалов

Основой структуры полимеров являются цепные молекулы, построенные чередованием сотен и тысяч однотипных и разнотипных звеньев – мономеров, между которыми существуют прочные химические связи. Значительная группа термопластических полимерных материалов (полиэтилен высокого давления, политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиамиды, полистиролы) имеет линейное строение, при котором между соседними цепными молекулами нет поперечных химических связей и возникают относительно слабые силы межмолекулярного взаимодействия, наблюдаются надмолекулярные образования в виде клубков (глобул), пачек  цепей, ветвистых образований (дендритные структуры) и др. Под действием растягивающих напряжений изогнутые и скрученные цепные молекулы стремятся распрямиться, а после удаления внешних усилий эти молекулы постепенно возвращаются к первоначальным, более устойчивым надмолекулярным структурам. Как распрямление, так и обратное самопроизвольное свертывание цепных молекул после разгрузки требует преодоления сил вязкого сопротивления, возникающих при взаимном проскальзывании молекулярных цепей. Поэтому твердые термопласты обладают характерным для них свойством вязкоупругости.

Ряд термопластичных полимеров (например, полиэтилен, политетрафторэтилен) обладают способностью к кристаллизации, которая, однако, не распространяется на весь объем материала. В нем, наряду с кристаллической, сохраняется и некоторая аморфная фаза. Свойства частично кристаллических полимеров в сравнении с полностью аморфными материалами более стабильны по отношению к изменениям температуры.

Наряду с термопластами имеется группа термореактивных полимеров, цепные молекулы которых сшиты в отдельных узлах и образуют пространственную сетку. К этим полимерным материалам относятся различные смолы (полиэпоксиды, полиэфиры, фенолформальдегид) и материалы на их основе (композиты). Находясь в стекловидном состоянии, термореактивные полимеры обладают сравнительно большой жесткостью. В таких материалах при нагружении развиваются упругая и вязкоупругая составляющая полной деформации в отсутствие значительных пластических деформаций.

В отличие от металлов деформационные свойства полимерных материалов существенно изменяются с наложением гидростатического сжатия. Полимеры обладают заметной сжимаемостью, причем гидростатическое давление вызывает объемную ползучесть, т.е. уплотнение материала, протекающее во времени с постоянно снижающейся скоростью.

Полимеры обладают значительной релаксационной способностью.