В процессе производства полимерных материалов полимер последовательно претерпевает ряд агрегатных переходов: от стеклообразного через высокоэластическое в вязкотекучее с последующими физическими превращениями полимерной системы в обратном направлении: от вязкотекучего через высокоэластическое в твердое с обретением полимерным телом заданной формы (нити, пленки и т.д. - см. гл. 3).
Технология полимерных материалов требует значительных затрат энергии (механической, тепловой и др.), связанных с обязательным предварительным переводом системы в вязкотекучее состояние. Это достигается либо растворением (в том числе и пластификацией), либо плавлением полимеров.
Естественно, что агрегатные переходы полимеров, осуществляемые в технологии, могут сопровождаться и фазовыми превращениями, ориентационными эффектами, а также разнообразными реакциями в цепях макромолекул (сшиванием, деструкцией и пр.).
Но основная цель перевода полимера в вязкотекучее состояние - ослабив межмолекулярные и межструктурные контакты, создать условия для целенаправленной перестройки структуры полимера. Свойства полимеров в вязкотекучем состоянии описываются реологическими соотношениями.
Реология - это раздел физической механики, посвященный изучению процесса течения. Однако в настоящее время она включает в себя почти все аспекты процесса деформирования материалов прд влиянием приложенных внешних напряжений. По существу реология изучает особенности восприимчивости материалов (в том числе и полимерных), находящихся в различных агрегатных состояниях, к приложению внешнего поля сил. Если напряжение прикладывается к твердому телу, то начинается его деформирование. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не наступит равновесие между внешними и возникшими
161
внутренними напряжениями. Такая деформация характерна для твердых тел ниже температуры хрупкости Тхр. После снятия приложенного напряжения первоначальная форма тела полностью восстанавливается. Это - твердое "гуковское" тело: деформация быстро и полностью восстанавливается, причем величина деформации пропорциональна приложенному напряжению [см. уравнение (3.1)].
При приложении внешних сил к жидкости деформация развивается неограниченно. Скорость деформации при этом ограничивается только силами внутреннего трения и прямо пропорциональна приложенному напряжению. Так деформируются ньютоновские жидкости.
Деформирование полимеров не описывается ни одной из этих крайних схем. Поэтому концентрированные растворы и расплавы полимеров характеризуются различными комбинациями упругих и вязких свойств. В соответствии с этим говорят о вязкоупругих, или упруговязких, системах.
162
