Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Деформационные свойства текстильных материалов 8
1.1. Деформационные свойства полимеров 8
1.2. Структура и свойства капроновых нитей технического назначения 21
1.3. Нелинейная вязкоупругость полимерных материалов 30
1.4. Методы описания нелинейной вязкоупругости синтетических нитей . 36
1.5. Постановка задачи 48
Глава 2. Объекты и методы измерения 50
2.1. Объекты исследования 50
2.2. Методика измерений изотермического релаксационного процесса 53
2.3. Статистическая обработка результатов измерений 64
Глава 3. Процесс изотермической релаксации напряжений .72
3.1. Математическое описание релаксационного процесса 72
3.2. Метод определения деформационных характеристик по кратковременным измерениям релаксации напряжений 79
3.3. Влияние температуры на вязкоупругие свойства 119
3.4. Расчетное прогнозирование диаграмм растяжения по определяемым деформационным характеристикам 147
3.5. Основные результаты главы 3 155
Глава 4. Взаимосвязь деформационных свойств нитей с технологией их получения 157
4.1. Влияние степени вытягивания нитей на их деформационные (релаксационные) свойства 157
4.2. Влияние диаметра высокопрочных мононитей на их деформационные (релаксационные) свойства 178
4.3. Основные результаты главы 4 201
Общие итоги 202
Список литературы 204
Приложения 218
- Структура и свойства капроновых нитей технического назначения
- Методы описания нелинейной вязкоупругости синтетических нитей
- Методика измерений изотермического релаксационного процесса
- Метод определения деформационных характеристик по кратковременным измерениям релаксации напряжений
Введение к работе
Перед работниками текстильной промышленности поставлена задача максимально возможной замены натуральных волокон для технических целей химическими /I/. По мере увеличения общего объема производства синтетических волокон и высокомолекулярных соединений -полимеров возникает необходимость совершенствования их свойств /2/. Потребность в технических волокнах со специфическими свойствами, особенно таких, как термостойкие и высокопрочные, неразрывно связана с дальнейшим научно-техническим прогрессом всего народного хозяйства /З/. В настоящее время наука о полимерах располагает убедительными доказательствами, свидетельствующими о реальной возможности получения из ориентированных гибкоцепных полимеров изделий с физико-механическими показателями, существенно более высокими нежели выпускаемых в промышленном масштабе волокон /4/.
Простое сравнение теоретических показателей с теми, которые достигнуты в настоящее время на реальных технологических процессах, указывает на большую степень несовершенства структурной организации полимеров в ориентированном состоянии и на значительные потенциальные ресурсы повышения прочных и упругих свойств волокон /2/. Эти обстоятельства наглядно иллюстрируют тот факт, что необходимо всестороннее изучение деформационных свойств синтетических нитей, с целью регулирования процессов получения материалов с высокими прочностными и упругими показателями.
Значительное место в выпуске синтетических волокон отводится высокопрочным капроновым комплексным нитям и мононитям технического назначения. Они получили широкое применение в шинной промышленности и резино-технических изделиях, фильтровальных тканях и композиционных материалах, а также в ряде других отраслей народ- ного хозяйства. От капроновых технических нитей, применяемых для производства кордных тканей и резинотехнических изделий, требуется высокая прочность при растяжении, пониженное удлинение и высокий модуль.
Высокопрочные капроновые нити технического назначения в условиях получения, переработки и эксплуатации подвергаются растягивающим нагрузкам, значительно меньшим, чем разрывные, но действующим продолжительное время и в различных температурных условиях. Поэтому возникает необходимость в разработке метода количественного описания деформационных свойств указанных объектов.
Метод должна отличать простота аналитического описания релаксационного процесса, минимальное число характеристик для его описания, он должен быть доступным для практического использования в материаловедческих и технологических исследованиях.
Основная особенность капроновых нитей состоит в проявлении нелинейной вязкоупругости. Широко используемые диаграммы растяжения не дают достаточно четкой расшифровки этих свойств и, следовательно, необходимой информации о деформационных свойствах. В связи с этим в данной работе метод определения деформационных характеристик разрабатывался на основе измерений изотермического релаксационного процесса и его анализа с позиций представлений об активационном характере механических воздействий, сложившихся в физике и механике полимеров.
С целью улучшения прочностных и деформационных свойств капроновых нитей технического назначения продолжаются работы по усовершенствованию технологических процессов. При этом решающей стадией производства комплексных нитей является ориентационное вытягивание. Поэтому установление взаимосвязи между этой стадией и деформационными свойствами представляется важнейшим фактором, необходимым для решения задач по целенаправленному регулированию этих свойств. Существенным фактором является также толщина мононити.
Разработка соответствующей системы характеристик, которая может быть использована как в техническом контроле, так и для инженерных расчетов (описание и прогнозирование) деформационных процессов по результатам экспресс-испытаний для высокопрочных капроновых нитей технического назначения определяет актуальность работы. Для текстильного материаловедения рассматриваемая диссертационная работа представляется как инструмент для оценки деформационных свойств капроновых нитей технического назначения.
Результаты исследований, изложенные в данной диссертационной работе, были получены при выполнении целевой программы 0Ц-0І8ГКИТ, а также комплексно-координационного плана Минлегпрома СССР и Минвуза СССР на 1981 - 1985 г.г. по теме "Изучение строения и свойств текстильных материалов".
Выполненная работа соответствует перечню рекомендуемых направлений диссертационных исследований в области текстильного материаловедения "Разработка методов оценки и прогнозирования долговечности текстильных, кожевенно-обувных и меховых материалов" предложенного отраслевым совещанием по вопросам аттестации научных и научно-педагогических кадров в области технологии материалов текстильной и легкой промышленности.
Цель работы состояла в разработке метода определения деформационных характеристик по кратковременным измерениям релаксации напряжения, а также в обосновании применимости этого метода к капроновым нитям, различающимся технологией получения.
Основные задачи работы: - разработка метода определения деформационных характеристик капроновых нитей технического назначения на основе анализа процесса релаксации напряжения; описание и расчетное прогнозирование процесса релаксации напряжения; количественное описание диаграмм растяжения; установление взаимосвязи между ориентационным вытягиванием комплексных нитей, диаметром мононитей и их деформационными свойствами.
Научная новизна работы состоит в разработке метода определения деформационных характеристик с позиций развиваемой теории нелинейной вязкоупругости, экспериментальном и расчетном обосновании математического описания диаграмм растяжения по указанным деформационным характеристикам; установлении взаимосвязи между указанными технологическими стадиями и деформационными свойствами получаемых нитей.
Практическая значимость работы заключается в использовании разработанного метода для сопоставления деформационных свойств нитей, различающихся технологией изготовления; для целенаправленного регулирования этих свойств; качественной и количественной интерпретации диаграмм растяжения применяющихся в технике; расчетного прогнозирования простых и сложных режимов нагружения, реализующихся в эксплуатационных условиях. _ 8 -
Структура и свойства капроновых нитей технического назначения
Рассматривая механические свойства капроновых комплексных и мононитей, коротко остановимся на взаимосвязи их с молекулярно-и надмолекулярной структурой.
Первичным элементом структуры полимера (капроновые комплексные и мононити относятся к числу гибкоцепных ориентированных полимеров) является макромолекула, которая состоит из большого числа мономерных звеньев, связанных между собой химическими связями. Макромолекулы гибкоцепных полимеров в термодинамически равновесном расплаве имеют форму статически свернутого гауссова клубка и при кристаллизации, как правило, ее не изменяют /7,9,27,31,37,41, 58,60,70/.
В отличие от изотропных полимеров в волокне сознательно реализуется анизотропное состояние макромолекулярных цепей /8,71/, благодаря чему достигается существенное улучшение механических свойств по сравнению с исходным полимером /11,12/. Анизотропия /6,7,8,9/ ориентированного состояния капроновых волокон достигается за счет резких различий в силах сцепления между атомами вдоль молекулярных цепей и в поперечном направлении. Внутримолекулярные связи обладают значительно большой прочностью, так как являются химическими. Межмолекулярные связи значительно слабее /11,14,31/.
К.Е.Перепелкин в своей работе /72/ отмечает, что волокно- и пленкообразующие полимеры являются типичными представителями ге-теродинамических структур, имеющих, по меньшей мере, два типа связей с различной энергией: межатомные - порядка - 200 - 500 Кдж/ моль и межмолекулярные - порядка 8-40 КДЖ/моль. Вследствие этого в ориентированных полимерных материалах, наряду с анизотро пией геометрической формы и морфологии имеется явно выраженная анизотропия энергетических характеристик структуры и микроструктуры.
Анизотропное состоянье, макромолекулярных цепей привело к некоторому видоизменению представлений о "тонкой" структуре волокна /57-60/ по сравнению с изотропным полимером. Было предложено довольно много вариантов структурных моделей (например, модель Хёрла /83/), которые в целом сводились к структуре бахромчатой фибриллы.
В настоящее время широкое распространение получила модель ориентированного полимера Хозема и Бонарта /74, 75/. Ряд методов структурного анализа - электронная микроскопия /76, 77/, рентгеновская дифракция /78, 79/, ЙК - спектроскопия в сочетании с механическими испытаниями /80, 81/, проведенных С.Н.Курковым с сотрудниками подтвердили теоретическую достоверность модели Хоземана и Бонарта /73/. Согласно этой модели тонкие области фибрилл являются кристаллическими образованиями, которые состоят из складчатых участков макромолекул. Между кристаллитами имеется аморфная прослойка, состоящая из менее упорядоченных цепей. Прочная связь между соседними кристаллитами осуществляется в основном за счет так называемых "проходных" молекул, соответствующие участки которых принадлежат обоим кристаллитам.
На аналогично изучаемых нами объектах, были проведены интересные исследования Ю.А.Зубовым с соавторшм /82/, которые заключались в сравнительном изучении структуры промышленных полиамидных волокон, полученных по обычной технологии, и волокон, полученных по новой технологии, с повышенными физико-механическими характеристиками. Они сделали вывод, что также как и во всех ориентированных гибкоцепных полимерах у волокон с повышенными физико-механическими характеристиками имеются фибриллы с чередующимися вдоль оси волокна кристаллическими и аморфными областями, однако, у последних существуют более плотные аморфные области, включающие выпрямленные проходные молекулы примерно равной длины. Наличие выпрямленных проходных молекул равной длины в аморфных областях обуславливает высокие значения прочности и модуля упругости волокон с высокими физико-механическими характеристиками.
Следовательно, механические свойства ориентированных гибко-цепных полимеров определяются в основном напряженными проходными цепями, доля которых может быть значительно увеличена, если в системе, наряду с обычными, ламеллярными кристаллитами, присутствуют кристаллы с параллельно вытянутыми цепями, в которых все цепи являются проходными и напряженными /83/. Посредством ориента-ционной вытяжки удается увеличить число параллельно упакованных звеньев и тем самым повысить прочность волокон /84/.
Увеличение прочности полимеров при вытягивании различные авторы объясняют по разноглу. Одни /85/ связывают увеличение прочности с появлением анизотропии упругих свойств, т.е. увеличением модуля упругости Е0 в направлении вытяжки и уменьшении его в перпендикулярном направлении. В других работах /34/ утверждается, что увеличение прочности связано с изменением соотношения между разрушающимися межмолекулярными и химическими связями. Анализ (формулы долговечности С.Н.Журкова ( Св — ) показывает, что ориентационное упрочнение полимерных волокон обусловлено изменением только величины структурного коэффициента )f /86/, который изменяется для капронового волокна, например, от 1,82 для неориен тированного, до 0,29 для ориентированного. В работе /87,88/ было показано, что основной эффект при упрочнении связан с увеличением числа цепей (в единице сечения образца), несущих нагрузку при разрыве, которое, в свою очередь, обусловлено удлинением образца, изменением его геометрических размеров, масштабного фактора /89/.
Прочность определяется также дефектностью образца, что было подтверждено экспериментальными исследованиями на стеклянном /33/, полиамидном /84,90/ и других волокнах.
В настоящее время общепризнанным является существование неоднородности структуры синтетических волокон по радиусу, что обусловлено градиентом температуры и давления при выходе вновь производимого волокна из фильеры /91/. Наличие у волокон поверхностного слоя, отличного по структуре и физико-механическим свойствам от сердцевины (эффект "ядро-рубашка"), убедительно показано в многочисленных работах /17,57,92/. Неоднородность структуры по радиусу приводит к тому, что поверхностный слой волокна ведет себя в ряде случаев автономно, о чем свидетельствует появление сморщиваний на поверхности волокна /84/, а появление сморщиваний неизбежно должно сопровождаться разрушением поверхности множеством разнообразных микротрещин, что может привести к понижению механических свойств (выше хрупкость и жесткость) волокна.
Методы описания нелинейной вязкоупругости синтетических нитей
В условиях экспоуатации и переработки текстильные материалы подвергаются механическим нагрузкам, изменяющимся во времени /5, 11,12/. Поэтому при решении ряда практических и теоретических задач текстильной технологии возникает необходимость в расчете деформации нити или изделия по заданному закону статического (т.е. не сопровождающегося динамическими эффектами) нагружения. Такой расчет у полимерных материалов должен быть построен на учете релаксационных явлений, причем все объекты (как нити, так и изделия) могут быть разделены на два класса: подчиняющиеся соотношениям линейной вязкоупругости и нелинейно-вязкоупругие тела /ИЗ/.
Для материалов первого класса используется линейная наследственная теория Больцмана-Вольтерра /34,53/. В связи с широким применением в технических изделиях синтетических нитей (нелинейно-вязкоупругие тела) возникает необходимость разработки расчетных приемов прогнозирования параметров их напряженно-деформированного состояния в области эксплуатационных нагрузок по результатам кратковременных измерений /ИЗ/.
Существенную роль в развитии направлений по изучению, количественному описанию, интерпретации деформационных свойств получили работы, основанные на феноменологической теории вязкоупругости /34,38,53/.
Авторы /120-122/ показали возможность использования логарифмической функции для аналитического описания релаксационного процесса в ограниченном диапазоне времени. В случае увеличения диа —Т 5 пазоне времени прогнозирования в интервале от 10 до 10 мин. релаксационный процесс удовлетворительно описывается степенной функцией /11,12,122/.
Один из наиболее распространенных в настоящее время способов количественного описания явлений механической релаксации, позволяющий прогнозировать механическое поведение полимерных материалов основывается на использовании принципа температурно-временной суперпозиции (ТВС). Основная идея принципа ТВС была впервые сформулирована А.П.Александровым и Ю.С.Лазуркиным /30/.
В работах /11,12,122,123/ использовался принцип температурно-временной суперпозиции для построения обобщенных релаксационных кривых высокоориентированных аморфно-кристаллических полимеров (волокон). Построение обобщенной кривой производилось путем только горизонтального смещения экспериментальных точек вдоль оси 11 Ч ", при этом также были подсчитаны величины этих сдвигов /II, 12/. Кроме горизонтальной коррекции авторы /11,12,122/ выполнили вертикальную коррекцию.
Еще в работах /18,25/ в опытах на вискозном шелке, найлоне и целлюлозе было показано, что при увеличении напряжения, время релаксации этих материалов уменьшается и если это не сопровождается заметным изменением формы спектра, то влияние нагрузки на податливость (отношение деформации к напряжению) состояло лишь в сдвиге кривых относительно шкалы логарифма времени. В дальнейшем этот метод, получивший название метода напряженно-временной аналогии, был развит в работах /40/ и с успехом применен при прогнозировании длительной ползучести. По аналогии был разработан метод деформационно-временной суперпозиции для описания и прогнозирования процесса релаксации напряжения /II/.
Однако релаксационный спектр синтетических волокон настолько широк, что в реальных механических испытаниях, как правило удается выявить лишь его часть /11,12/. Если измерять процесс релаксации напряжения при больших деформациях, то проявляется часть спектра, обусловленная малыми временами релаксации. При малых деформациях удается выявить область спектра, характеризующуюся большими временами релаксации. Возможность изменений в микромеханизме напряжения при переходе от малых деформаций к большим не позволяет использовать простейшие соотношения принципа деформационно-временной аналогии /II/ для количественного описания аморфно-кристаллических полимеров в очень широком деформационном и временном диапазонах. Однако, используя эту аналогию в качественном плане, можно по результатам кратковременных испытаний изобразить принципиальное очертание гипотетической кривой полного релаксационного процесса при фиксированных значениях деформации и напряжения /II/.
Это позволило, как показали экспериментальные исследования, воспользоваться для аналитического описания процесса релаксации напряжения синтетических волокон функцией интеграла вероятностей /ІІЗ-ІІ5, 124-127/ и алгебраической функцией /115,116/.
Кинетический смысл релаксационных функций, используемых для количественного описания и прогнозирования процессов релаксации напряжения и ползучести высокоориентированных синтетических нитей связан с гауссовым распределением числа релаксирующих элементов по величине локального интегрального барьера /128,129/. Согласно кинетической концепции механических свойств твердых тел, время единичной молекулярной перегруппировки определяется локальной нагрузкой /128,129/. Из этого следует, что общая продолжительность и скорость релаксации какой-либо макроскопической величины (напряжения или деформации) определяется характером распределения внешней нагрузки по макромолекулам. Исходя из данного обстоятельства автор /128,129/ предложил кинематическую модель релаксационного процесса, которая объясняет характер вязкоупругих функций, полученных из феноменологического описания.
С целью повышения надежности расчета авторы /125/ считают, что целесообразнфользоваться азличными способами прогнозирования с последующим усреднением результатов. Предлагается несколько таких способов /125/: I) графический, 2) аналитический с применением уравнения Кольрауша, 3) аналитический с применением интеграла вероятностей, 4) графоаналитический, в котором сочетаются приемы предыдущих способов. Однако графический способ прогнозирования имеет существенный недостаток - его можно применять лишь для значений напряжения б , ограниченных условием б г 6 — л 6 , где G - наибольшее напряжение, при котором соблюдается сило-временная аналогия. Второй и третий способы строятся на представлении о существовании начального (упругого $о ) и предельного (высокоэластического 9)3 ) значений податливости (в случае релаксации усилия) модуль упругости Е0 и модуль вязкоупругости Е -одинаковых для всех кривых процесса ползучести (релаксации), относящихся к разным значениям напряжения (деформации). Графоаналитический способ /12,123,125/ расчета основан на использовании модифицированной формулы Кольрауша.
Методика измерений изотермического релаксационного процесса
Вязкоупругие свойства капроновых комплексных нитей и мононитей оценивались по режиму релаксации напряжений. Эксперименты, проводимые с различной длительностью - от ОД до 1000 минут, имели задачу выявить характер изменения напряжения во времени.
Скорость деформирования образца составляла 10 мм/сек. Это значит, что при рабочей длине опытного образца 50 мм и деформации до 10$ длительность деформирования составляет порядка десятых долей секунды. Были проведены также эксперименты при рабочей длине 100 мм. Полученные результаты измерений при разных рабочих длинах образца (от 50 до 100 мм) позволили сделать вывод о том, что они не оказывают существенного влияния на численные значения измеренной величины. Руководствуясь практическими соображениями, нами было выбрано значение рабочей длины образца 100 мм для уровня деформирования до 6% и 50 мм для уровня деформирования от 6 до 12%. Процесс релаксации напряжения записывался автоматически на самописец. При ручной регистрации процесса пользовались лимбом, причем первый отсчет нагрузки производился через 6 секунд после завершения деформирования. Разброс экспериментальных данных не превышал 5 - 10$ (разд.3.2).
Напряжения, возникающие в образе, в регистрируемые промежутки времени рассчитывались по формуле где Р - нагрузка на образец в Н; Г - удельная плотность в кг/м ; Т - линейная плотность в тексах. Образец нити, взятый из копсы исследуемой партии, подвергался лишь одному испытанию при каком-либо одном значении деформации. Предварительное натяжение на образец в среднем составляло 3 ± I.
Перед испытаниями образцы выдерживались в свободном состоянии в течение нескольких суток при температуре окружающего воздуха 293 І 2 К и относительной влажности воздуха 40 ± Ъ%, При этих же условиях проводились испытания. Выборка опытных образцов (три образца с одного метра нити) позволила избежать частично имеющихся пороков нити: неровноты по длине, неоднородности структуры и различных других дефектов образца.
Комплексные капроновые нити с разной кратностью вытяжки (табл.2.2) испытывались после одного месяца отлежки в темном месте при Т = 293 +2К и влажности воздуха ч / = 40 І 5%, Для этого образцы нарезались длиной один метр, укладывались в моток и хранились при заданных условиях. Через месяц, перед испытанием образцы снова промерялись. Усадка составляла 1%. После проведенной выборки, образцы исследовались по методике изложенной выше.
Капроновые высокопрочные мононити, также нарезались, но длиной не более 500 мм, укладывались в моток и хранились цри заданных условиях в течение одного месяца.
Такая предварительная подготовка образцов к испытанию позволила снять внутренние напряжения, полученные ими в процессе производства и намотки на бобины, а также снизить процент разброса численных значений эксперимента.
При исследовании влияния температуры на упруго-релаксационные характеристики, экспериментальные образцы подвергались температурному кондицианированию, которое сводилось к выдерживанию образца при заданной температуре до момента практически полного завершения процесса усадки исследуемого объекта. Для этого закреплен ный в зажимах образец помещался в термокамеру и изотермически прогревался до полной усадки. Методически порядок отдельного эксперимента по изучению релаксации растягивающего усилия состоял в следующем: 1) термокамера нагревалась до заданной температуры; 2) термокамера надвигалась на рабочую часть прибора с образцом, установленным с предварительным натяжением; 3) образец выдерживался в нагретой термокамере в течение временного интервала, необходимого для практически полного завершения процесса усадки; 4) производилось деформирование образца на заданную величину деформации и в последующий период времени измерялось механическое напряжение.
Деформирование образца, нагретого до заданной температуры, с целью получения по возможности "чистого" релаксационного процесса, производилось лишь после практически полного завершения температурной усадки. Измерения показали, что длительность механического кондиционирования в исследуемом температурном интервале составляет 20 минут. Отметим также, что происходящая при этом температурная усадка несколько изменяет исходную структуру анализируемого образца. Однако, эти изменения становятся существенными при достаточно высоких температурах (в области стеклования полимера) , где они должны учитываться при анализе влияния температуры на параметры релаксационного процесса. Анализируя вышеизложенное, можно сделать вывод, что релаксационный процесс, наблюдаемый после прогрева и активного деформирования образца, не осложнен влиянием механо-термической предистории, сложившейся в период подготовки образца к испытаниям.
Количество экспериментов при одном значении температуры уста навливалось в зависимости от разброса экспериментальных данных. Одним из критериев данного разброса при той или иной температуре, считали пятипроцентные отклонения средних значений от плавной линии проводимой через серию точек температурной зависимости изохронного напряжения. Опытные образцы для температурных испытаний выдерживались в течении нескольких суток при комнатной температуре и влажности воздуха 40$ и подвергались лишь одному испытанию при каком-либо определенном значении деформации.
Аппаратурой для исследования капроновых комплексных и мононитей в режиме релаксации напряжения, служил прибор, разработанный на кафедре сопротивления материалов ЛИТЖ им.С.М.Кирова.
Метод определения деформационных характеристик по кратковременным измерениям релаксации напряжений
В предыдущем разделе были получены соотношения, связывающие экспериментально определенные характеристики релаксационного процесса с параметрами математического описания вязкоупругой релаксации. Ниже рассматривается практическое использование разра-работанного метода для определения деформационных характеристик процесса релаксации напряжения. Физико-механические характеристики исследуемых объектов приведены в таблице 2.1. Измерения релаксации напряжения капроновых нитей производили в диапазоне деформаций до 10%. Время наблюдений 240 сек. Методика проведения эксперимента описана в разделе 2.2.
Примеры полученных экспериментальных данных по релаксации напряжения приведены на рис.3.I - 3.4. Из рисунков видно, что в данном диапазоне деформаций релаксационное семейство имеет вид характерный для многих высокоориентированных синтетических нитей /11,12,123/, т.е. с ростом деформации растет значение растягивающего напряжения, наблюдается отклонение от линейности. Для наглядности перестроим зависимость о(і)-Є$Щ в E fy% (рис.3.5 -3.8), где Ё - значение релаксационного модуля, полученного путем деления напряжения на соответствующее значение деформации, k, - фиксированное (базовое) значение времени, равное 60 сек, - время наблюдения. Из рис.(3.5 - 3.8) видно, что с увеличением уровня деформирования значение релаксационного модуля падает до определенного значения деформации (4 - Ъ%), отчетливо видна проявляющаяся нелинейная вязкоупругость, вызванная активирующим действием деформации /121/, что легко определяется построением изохронных кривых при фиксированном (базовом) значении времени (рис.3.9 - 3.10). Для расчета деформационных характеристик по разработанной методике (раздел 3.1) пользовались экспериментальным семейством Е%--Cai:/it (рис.3.5 - 3.8) и вертикальным сечением по времени ±i=. 60 с, результаты расчета представлены в табл.3.1 - 3.4. Каждому значению изохронного релаксационного модуля ЕС ) (табл.3.1 - 3.4, графа 2) соответствует значение про-изводной Е , которая определяет интенсивность протекания релаксационного процесса. Производную находим путем графического дифференцирования, которое сводится к определению наклона касательных к кривым релаксационного модуля В , что связано с определенными погрешностями. Наибольшая точность получается там, где больше наклон касательных. Строим график зависимости интенсивности релаксационного процесса Є от соответствующего ей значения релаксационного модуля В (рис.3.II). Графически находим минимальное значение производной Е/ и соответствующее ей значение релаксационного модуля Вг , характеризующего середину релаксационного процесса (EQ - Еэ). определения релаксационного диапазона (Е0 - Еэ). Для дальнейших расчетов пользовались средним арифметическим значением ширины релаксационного процесса, полученного по двум функциям.
С учетом полного релаксационного вклада в деформационные свойства комплексных капроновых нитей технического назначения и значения модуля, характеризующего середину релаксационного процесса, определяем характеристики вязкоупругой релаксации - квазимгновенный модуль упрутости Таким образом, с помощью графических и аналитических расчетов определены деформационные характеристики (табл.3.5).
Строим график зависимости характеристической деформационной функции от деформации (рис.3.12). Пересечение кривой 4?jf с осью абсцисс дает характеристическоезначение деформации ё4 , которое соответствует максимальному значению интенсивности релаксационного процесса.. С помощью расчитанных характеристик по (3.3) количественно описывает и прогнозируем релаксационное семейство для любого значения времени и деформации. Для этого по (3.7) находим значение сложного деформационно-временного аргумента УЩ) f соответствующее значение функции (t S.) и п0 (3.3) расчитываем релаксационный модуль .
Совпадение результатов расчета с экспериментальными данными (рис.3.5 - 3.8) подтверждает надежность предложенного метода определения деформационных характеристик комплексных капроновых нитей технического назначения. Они достаточно полно описывают деформационные свойства исследуемых объектов. Специальные измерения (рис.3.5 - 3.8) показали, что полученные характеристики позволяют уверенно прогнозировать поведение материала по крайней мере на три десятичных порядка времени за пределами эксперимента.
Пример расчета изотермического процесса релаксации напряжения комплексной капроновой нити (образец 2). Ширина купола (EQ - Еэ) (рис.3.II) характеризует полный релаксационный вклад в деформационные свойства. Из рис.(3.II) видно, что максимальное значение (EQ - Еэ) у капроновой нити (образец I). Высота купола Е _ характеризует интенсивность релаксационных вкладов, максимальное значение которого наблюдается также у капроновой нити (образец I). А характеристическое значение деформации j , на котором проявляется максимум этой интенсивности находится для данных объектов в диапазоне от I до 2%,
Такие различия деформационных характеристик капроновых комплексных нитей, имеющих одинаковое сходное химическое строение можно объяснить, вероятнее всего, разной технологией получения. В связи с этим перечисленные характеристики могут оказаться весьма полезными при изучении взаимосвязи структуры и свойств, а так-де технологической обусловленности механических свойств волокон.
Разработанный метод определения деформационных характеристик для изотермического релаксационного процесса был апробирован на комплексной технической лавсановой нити (табл.3.6, рис.3.13) и ленте, вытканной из лавсановой нити (лента автомобильных ремней безопасности, опытная серия) Рис.3.14 /141/.
