В области стеклования резко меняются вязкоупругие свойства аморфных веществ, т.е. наличие одновременно и модуля сдвига, и коэффициента внутреннего трения (динамической вязкости), связанной с возникновением сил трения между двумя слоями газа или жидкости, перемещающимися параллельно друг другу с различными по величине скоростями.
11.2.4. Полимеры
Полимерами называются вещества, молекулы которых построены из большого числа повторяющихся групп - мономерных единиц (концевые группы несколько отличны от основных мономерных). Сложность молекулярного строения полимеров обусловливает многообразие надмолекулярных структур - от полностью аморфной до полностью кристаллической.
Число мономерных единиц в молекуле называют степенью полимеризации. Полимеры разделяются на линейные и трехмерные.
Линейные полимеры (полимерные цепи) построены из линейных молекул, т.е. таких, в которых каждая мономерная группа, за исключением концевых, соединена только с двумя соседними мономерными единицами. Строго линейных полимерных молекул практически не бывает, все они в той или иной степени разветвлены, т.е. в них встречаются мономерные единицы, к которым присоединены три или более соседних единиц (точки ветвления). В разветвленных молекулах выделяют основную цепь и боковые ветви.
Трехмерные полимеры построены из молекул, соединенных между собой поперечными связями.
Полимеры, молекулы которых состоят из мономерных единиц различной химической природы, называются сополимерами.
Линейные полимеры растворимы и могут существовать в жидком состоянии. Трехмерные полимеры не плавки и нерастворимы, могут только набухать в растворителе, поглощая ограниченное число его и сохраняя в основном свойства твердого тела.
Ценность полимерных материалов для различных приложений определяется в первую очередь их необычайными механическими свойствами: способностью к большим деформациям и большой чувствительностью к изменениям температуры и частоты внешних воздействий.
Деформация полимеров представляет собой сложный процесс, который можно разделить на три составляющих:
— упругую деформацию, связанную с изменением межатомных и межмоле-кулярных расстояний;
— высокоэластичную деформацию, связанную с перемещением звеньев молекул без относительного перемещения молекул как целого, при этом происходит изменение формы молекул, например раскручивание;
— пластическую деформацию (течение), связанную с относительным перемещением молекул как целого.
Высокая эластичность присуща только полимерам. Для ее развития необходимо, чтобы молекулярные цепи были достаточно длинными. В отличие от упругой деформации, которая составляет не более нескольких процентов, при высокоэластичной деформации размеры тела меняются на сотни процентов. В отличие от пластической деформации высокоэластичная деформация обратима. Высокоэластичные материалы при деформациях практически не меняют своего объема (несжимаемость).
11.3. Жидкости
11.3.1. Основные понятия
Жидкость - агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным состояниями. Жидкость, сохраняя отдельные черты как твердого тела, так и газа, обладает рядом особенностей, из которых наиболее характерная - текучесть. Подобно твердому телу, жидкость сохраняет свой объем, имеет свободную поверхность, обладает определенной прочностью на разрыв при всестороннем растяжении и т.д. С другой стороны, взятая в достаточном количестве жидкость принимает форму сосуда, в котором находится. Принципиальная возможность непрерывного перехода жидкости в газ также свидетельствует о близости жидкого и газообразного состояний.
По химическому составу различают однокомпонентные или чистые жидкости и двух или многокомпонентные жидкие смеси (растворы). По физической природе жидкости делятся на нормальные (обычные), жидкие кристаллы с сильно выраженной анизотропией (зависимостью свойств от направления) и квантовые жидкости (гелий-4 и гелий-3 и их смеси) со специфическими квантовыми свойствами при очень низких температурах.
Общим для всех нормальных жидкостей является их макроскопическая однородность и изотропность при отсутствии внешних воздействий. При нагревании свойства жидкостей - теплопроводность, вязкость, самодиффузия и пр. меняются в сторону сближения со свойствами газов. Вблизи температуры кристаллизации большинство свойств нормальных жидкостей - плотность, сжимаемость, теплоемкость, электропроводность и пр. близки к таким же свойствам соответствующих твердых тел.
Наличие в жидкостях сильного межмолекулярного взаимодействия обусловливает существование поверхностного натяжения жидкости на ее границе с любой другой средой, что заставляет ее принять такую форму, при которой ее поверхность минимальна. Небольшие объемы жидкости обычно имеют форму капли. В невесомости жидкость принимает форму шара. При соприкосновении с твердыми телами или другими несмешивающимися жидкостями возникают капиллярные явления.
Механические движения жидкости рассматриваются в гидродинамике.
