ВЫСОКОЭЛАСТИ́ЧЕСКОЕ СОСТОЯ́НИЕ

ВЫСОКОЭЛАСТИ́ЧЕСКОЕ СОС­ТОЯ́НИЕ, ре­лак­са­ци­он­ное (фи­зи­че­ское) со­стоя­ние, ха­рак­тер­ное для гиб­ко­цеп­ных по­ли­ме­ров и ма­те­риа­лов на их ос­но­ве. При меха­нич. на­гру­же­нии ма­те­риа­лов, на­хо­дя­щих­ся в В. с., про­яв­ля­ют­ся боль­шие (до мн. со­тен про­цен­тов) об­ра­ти­мые, т. н. вы­со­ко­эла­сти­че­ские, де­фор­ма­ции. Ме­ха­нич. свой­ст­ва ма­те­риа­лов в об­лас­ти В. с. опи­сы­ва­ют­ся не­ли­ней­ной за­ви­си­мо­стью ве­ли­чи­ны рас­тя­ги­ваю­ще­го на­пря­же­ния от сте­пе­ни уд­ли­не­ния. Это прин­ци­пи­аль­но от­ли­ча­ет уп­ру­гость ма­те­риа­лов, на­хо­дя­щих­ся в В. с., от уп­ру­го­сти обыч­ных твёр­дых тел (ме­тал­лов, стё­кол и др.). Мо­дуль уп­ру­го­сти по­ли­ме­ров в В. с. при боль­ших де­фор­ма­ци­ях, т. н. мо­дуль вы­со­ко­эла­стич­но­сти, име­ет низ­кие зна­че­ния (10⁵–10⁶ Па).

В за­ви­си­мо­сти от при­ро­ды по­ли­ме­ра В. с. мо­жет реа­ли­зо­вы­вать­ся в разл. ин­тер­ва­лах темп-ры в диа­па­зо­не от –100 до 250 °С. Для ли­ней­ных по­ли­ме­ров В. с. про­яв­ля­ет­ся ме­ж­ду стек­ло­об­раз­ным со­стоя­ни­ем и вяз­ко­те­ку­чим со­стоя­ни­ем. Для сет­ча­тых по­ли­ме­ров В. с. реа­ли­зу­ет­ся при темп-рах ни­же темп-ры раз­ло­же­ния, т. к. вяз­ко­те­ку­чее со­стоя­ние для них не ха­рак­тер­но. Пе­ре­хо­ды ме­ж­ду разл. ре­лак­са­ци­он­ны­ми со­стоя­ния­ми по­ли­ме­ров ха­рак­те­ри­зу­ют­ся зна­че­ния­ми вре­мён ре­лак­са­ции и мо­ду­ля уп­ру­го­сти, по­это­му гра­ни­цы В. с. за­ви­сят так­же от час­то­ты на­гру­же­ния (или дли­тель­но­сти на­блю­де­ния за раз­ви­ти­ем де­фор­ма­ции). Так, при вы­со­ко­час­тот­ном изо­тер­мич. де­фор­ми­ро­ва­нии по­ве­де­ние ма­те­риа­ла ана­ло­гич­но то­му, как ес­ли бы он на­хо­дил­ся в стек­ло­об­раз­ном со­стоя­нии, а при очень низ­ких час­то­тах или дли­тель­ном дей­ст­вии на­груз­ки про­ис­хо­дит те­че­ние по­ли­ме­ра. В этом слу­чае про­ме­жу­точ­ный диа­па­зон час­тот трак­ту­ет­ся как об­ласть су­ще­ст­во­ва­ния В. с.

Воз­мож­ность раз­ви­тия боль­ших де­фор­ма­ций в об­лас­ти В. с. обу­слов­ли­ва­ет­ся из­ме­не­ни­ем кон­фор­ма­ции мак­ро­мо­ле­ку­ляр­ной це­пи – раз­ли­чи­ем ме­ж­ду раз­ме­ром мак­ро­мо­ле­ку­лы, свёр­ну­той в клу­бок в не­на­гру­жен­ном со­стоя­нии, и дли­ной этой мо­ле­ку­лы, вы­прям­лен­ной под дей­ст­ви­ем внеш­ней си­лы. Пе­ре­ход от од­ной кон­фор­ма­ции к дру­гой про­ис­хо­дит пу­тём вра­ще­ния звень­ев це­пи во­круг про­стых свя­зей. Из­ме­не­ние кон­фор­ма­ции це­пи при на­гру­же­нии при­во­дит к умень­ше­нию эн­тро­пии сис­те­мы. Со­про­тив­ле­ние де­фор­ми­ро­ва­нию обу­слов­ле­но бро­унов­ским (те­п­ло­вым) дви­же­ни­ем уча­ст­ков мак­ро­мо­ле­ку­ляр­ной це­пи и ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ве­ли­чи­ной мо­ду­ля вы­со­ко­эла­стич­но­сти, ко­то­рый в иде­аль­ном слу­чае оп­ре­де­ля­ет­ся толь­ко из­ме­не­ни­ем эн­тро­пии. С рос­том темп-ры мо­дуль вы­со­ко­эла­стич­но­сти уве­ли­чи­ва­ет­ся. Этот эф­фект от­ра­жа­ет ста­ти­стич. ме­ха­низм вы­со­ко­эла­стич­но­сти и ха­рак­те­рен толь­ко для по­ли­ме­ров, на­хо­дя­щих­ся в В. с. Для ре­аль­ных мак­ро­мо­ле­кул со­вер­шен­но сво­бод­но­го вра­ще­ния звень­ев не су­ще­ст­ву­ет из-за внут­ри- и меж­мо­ле­ку­ляр­ных взаи­мо­дей­ст­вий; для них, в ча­ст­но­сти, ха­рак­тер­но на­ли­чие трёх­мер­ной «сет­ки за­це­п­ле­ний». По­это­му оп­ре­де­лён­ный вклад в со­про­тив­ле­ние де­фор­ми­ро­ва­нию вно­сит из­ме­не­ние внут­рен­ней энер­гии. Мо­дуль вы­со­ко­эла­стич­но­сти оп­ре­де­ля­ет­ся ве­ли­чи­ной ср. мо­ле­ку­ляр­ной мас­сы от­рез­ка мак­ро­мо­ле­ку­ляр­ной це­пи ме­ж­ду со­сед­ни­ми уз­ла­ми в трёх­мер­ной сет­ке.

По­ли­ме­ры в стек­ло­об­раз­ном и кри­с­тал­лич. со­стоя­ни­ях так­же спо­соб­ны про­яв­лять боль­шие, т. н. вы­ну­ж­ден­но-эла­сти­че­ские, де­фор­ма­ции, ко­то­рые по сво­ей при­ро­де не от­ли­ча­ют­ся от вы­со­ко­эла­сти­че­ских де­фор­ма­ций. Од­на­ко в этих фи­зич. со­стоя­ни­ях по­ни­жен­ная под­виж­ность мак­ро­мо­ле­кул пре­пят­ст­ву­ет не­мед­лен­но­му вос­ста­нов­ле­нию пер­во­на­чаль­ной фор­мы по­сле сня­тия внеш­ней на­груз­ки и об­ра­ти­мость де­фор­ма­ций реа­ли­зу­ет­ся толь­ко при на­гре­ва­нии об­раз­ца вы­ше темп-ры стек­ло­ва­ния или при на­бу­ха­нии по­ли­ме­ра. В кри­стал­лич. по­ли­ме­рах вы­ну­ж­ден­но-эла­сти­че­ские де­фор­ма­ции со­про­во­ж­да­ют­ся струк­тур­ным пе­ре­хо­дом в ори­ен­ти­ро­ван­ное со­стоя­ние.

Ма­те­риа­лы, об­ла­даю­щие вы­со­ко­эла­сти­че­ски­ми свой­ст­ва­ми во всём диа­па­зо­не тем­пе­ра­тур экс­плуа­та­ции, на­зы­ва­ют­ся эла­сто­ме­ра­ми. Ти­пич­ные эла­сто­ме­ры – кау­чу­ки и ре­зи­ны.