Механодиффузионные процессы в сшитых эластомерах тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РГ Б ОД

На правах рукописи

ДЕНИСЮК Евгений Яковлевич

УДК 539.3:539.219.3:541.64

МЕХАНОДИФФУЗИОННЬЕ ПРОЦЕССЫ В СШИТЫХ ЭЛАСТОМЕРАХ

01.02.04 - механика деформируемого твердого тела

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Пермь - 1998

Диссертация выполнена в Институте Технической химии Уральского отделения Российской Академии наук

Научный руководитель - доктор технических наук,

В.В. ТЕРЕШАТОВ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор И.Н. ШАРДАКОВ

доктор физико-математических наук, профессор A.A. ТАШКИНОВ

Ведущая организация: Естественнонаучный институт

при Пермском государственном университете, г. Пермь

Защита диссертации состоится 17 сентября 1998 г. в 11 часов 00 шш. на заседании диссертационного совета Д 003.60.01 в Институте механики сплошных сред Уральского Отделения Российской Академии наук по адресу: 614013, Пермь, ул. Академика Королева, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института механики сплошных сред УрО РАН.

Автореферат разослан " /6 " Q-? 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Поглощение эластомерами и полимерными гелями низкомолекулярных жидкостей часто сопровождается значительным набуханием материала и представляет собой два совместно протекавших и взаимосвязанных процесса - деформирования полимерной матрицы и диффузии жидкости. Процессы деформирования и взаимодействие механических и концентрационных полей в таких системах имеет существенно нелинейный характер, и для их описания требуются теоретические модели, основанные на точных соотношениях нелинейной механики упруго деформируемого континуума, позволяющие рассматривать процессы массопере-носа на фоне произвольных деформаций упругой матрицы с- учетом нелинейности физических свойств материала.

Общие принципы конструирования нелинейных моделей массо-переноса в упруго деформируемых средах и перше теории были развиты Трусделлом, Грином и Нахди еще в 60-х годах. Но они оказались мало приспособлены для приложений и не нашли сколько нибудь заметного применения для описания конкретных объектов, и в настоящее время механодиффузионные явления в эластомерах при больших деформациях полимерной матрицы является наименее изученной областью механики и,физикохимии полимеров;

Практически не исследован такой важный аспект явления набухания эластомеров, как влияние на диффузионную кинетику напряженно деформированного состояния полимерной матрицы, порождаемого диффузией жидкости. Не изучен механизм так " называемых аномалий сорбции, то есть тех экспериментально' наблюдаемых отклонений кинетических кривых набухания эластомеров от закона нормальной сорбции.

Работа выполнена согласно планам научно-исследовательских работ Института технической химии УрО РАН по темам: "Разработка физико-химических основ регулирования важнейших свойств полимерных материалов путем оптимизации химического строения и компонентного состава пластификаторов С№ ГР 186.0038.824), "Разработка научных основ и методов прогнозирования вязкоупру-гих свойств сшитых эластомеров в условиях массопереноса" С№ ГР 01.91.00.17.697).

Цельи работы является изучение закономерностей механодиф-фузионных процессов в эластомерах и включает в себя разработку эффективной в приложениях теоретической модели механодиффузии, основанную на точных.соотношениях нелинейной механики упруго

л

деформируемого континуума; теоретическое и экспериментальное исследование процессов набухания эластомеров и влияния напряженно деформированного состояния материала на диффузионную кинетику процесса; установление причины и механизма аномального Снефиковского) поведения кинетики набухания эластомеров в низкомолекулярных жидкостях.

Методика выполнения исследований. Нелинейная теория меха-нодиффузии получена из общих принципов нелинейной механики и неравновесной термодинамики. Теоретическое исследование меха-нодиффузионных процессов проводилось на основе достаточно простых но содержательных математических моделей, которые последовательно выводились из общей теории. Получаемые теоретические выводы многократно проверялись экспериментально в опытах по набухание на эластомерах различной химической природы.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена физически и геометрически нелинейная теория ме-ханодиффузионных процессов переноса низкомолекулярных жидкостей в высокоэластичных средах, позволяющая эффективно формулировать конкретные механодиффузионные задачи н интерпретировать экспериментальные данные;

- построено теоретическое описание процессов набухания эластомеров и полимерных гелей на основе точных соотношений нелинейной механики упруго деформируемого континуума;

- решены задачи о набухании свободного и скрепленного с неде-формируемой подложкой плоских слоев эластомеров;

- теоретически и экспериментально установлена зависимость диффузионной кинетики набухания от условий механического нагру-жения эластомеров;

- обнаружена возможность существования принципиально различных режимов свободного набухания эластомеров и установлена их связь с механодиффузионными свойствами материала;

- установлены причины и механизм аномальной сорбции при набухании эластомеров в низкомолекулярных жидкостях;

- разработан новый метод определения диффузионных и термодинамических свойств эластомеров и полимерных гелей по данным сорбционного эксперимента.

Практическая ценность. Предложенная в работе нелинейная теория механодиффузии может быть использована для оценки работоспособности эластомерных материалов и изделий, предназначенных для работы в физически агрессивных средах. В практическом

отношении представляют интерес результаты, касающиеся процессов набухания эластомеров в низкомолекулярных жидкостях. Полученные решения позволяет не только объяснить механизм аномальной сорбции, но и предложить новые методы исследования диффузионных и термодинамических свойств эластомеров с помощью сорбционного эксперимента.

Апробация. Результаты работы докладывались на меадународ- ! ной конференции "КиЬЬег-94" (Москва, 19943. Первой Уральской конференции "Полиуретаны и технологии их переработки" СПермь, 1995), Шестой международной конференции по химии и физикохимни олигомеров (Казань, 1997), Международной конференции "Перспективные химические технологии и материалы" (Пермь, 1997), Второй Уральской конференции "Наукоемкие полимеры и двойные технологии технической химии" (Пермь, 19973, на семинаре под руководством профессора М,И.Шлиомиса в Институте механики сплошных сред УрО РАН.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в работах [1-6].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы (139 названий). Она содержит 151 страниц машинописного текста, в том числе 14 рисунков и 8 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, формулируются цели и задачи исследования, излагается краткое содержание диссертации и приводятся положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит обзор работ, посвященных исследованию механодиффузиошшх процессов и проблеме их теоретического описания. Показано, что механодиффузионные процессы в полимерах изучены только при малых деформациях полимерной матрицы в рамках линейной теории механодиффузии. Обсуждаются нелинейные теории смесей Трусделла, Грина и Нахди и делается анализ тех причин, которые затрудняют применение этих теорий для описания механодиффузионных явлений в конкретных объектах.

Во второй главе выводятся уравнения и определяющие соотношения нелинейной теории механодиффузии для смеси, которая представляет собой упругую матрицу и растворенную в ней многокомпонентную жидкость. Отправным пунктом теории являются уравнения баланса массы, импульса и энергии. В качестве второго

закона термодинамики используется неравенство Клаузиуса - Дю-гема. Из анализа дисснпативного неравенства устанавливается обвдей вид и структура определяющих соотношений теории.

В результате диффузионного приближения, основанного на предположении о безынерционности процессов диффузии, получена система уравнений, которая описывает механодиффузионные процессы в изотропных упругих материалах при квазистатическом нагружении смеси. Она включает в себя: уравнения переноса жидких компонентов

dVdt + = - 7'V а = 1.....N;

уравнение баланса вещества упругой матрицы

уравнение механического равновесия смеси

vor s 0;

уравнение для диффузионных потоков

1

Чь^ь = " VPa. а = 1..... N;

Ь=1

определяющее соотношение для тензора напряжений Каши ff = ?t ( F - Г(Е/3) + i2( Fa- ^СГЧЕ/З ] - рЕ;

f я 2 f £ + г 2П ? р = - Г,

I лг » бГ J дГ 3 гг„

12 2 3

<эг 1 егу 'г <эг ' * 3 зг. 12 2

определяющее соотношение для химических потенциалов

^ = <Я73п + V р, V, = <сГ1дш/дп а = 1,...,Ы.

А АДА 9.

Здесь п - молярная концентрация а-го компонента смеси; значение индекса а = 1.... N соответствует жидким компонентам, Н+1 -упругой матрице; - скорость движения упругой матрицы; плотности диффузионных потоков жидкости; коэффициенты образуют неотрицательно определенную матрицу и являются тензорами 2-го ранга, зависящими от деформаций материала и концентраций жидких компонентов смеси; р - гидростатическое давление; Е - единичный тензор. Материальная производная по времени связана с движением упругой матрицы и определяется выражением с1/(И = д /31 + 'V- Плотность свободной энергии смеси представлена функцией вида

г -гсг,. г., г,. в,.....V,).

Скалярные параметры Г определяются формулами Г = I СП = I /11/3, Г = I СП = I Л®'3, Г = -й Г'2,

1 1 1з 2 г г з ' з из'

о

где ? - мера деформации, характеризующая искажение формы упругой матрицы. Она связана с мерой деформации Фингера Р соотношением Р = Р/ 1г 12, 13~ инварианты меры Фингера. Величина ы характеризует объемное набухание материала в ненагрухенном состоянии и зависит от концентраций жидкостей.

Такая параметризация определяющих соотношений делает их инвариантными относительно выбора отсчетной конфигурации. Благодаря этому упрощается термодинамическое описание смеси в сложно напряженном состоянии и постановка краевых задач нелинейной механодиффузии.

В случае несжимаемой смеси к обцей системе уравнений необходимо добавить условие несжимаемости Г = 1. При этом давление утрачивает смысл термодинамического параметра и становится свободным параметром связи.

Сформулирована система уравнений для- двухкомпонентной смеси, которая представляет собой упругую матрицу и растворенную в ней однокомпонентную жидкость. В этом случае диффузионный поток j = - К-ур- Тензор второго ранга К характеризует проницаемость материала и для изотропной смеси является функцией вида

К = коЕ + к? + кгК к8 = к.СГ,, Г , Гз, п£5, Сз = 0, 1, 23.

В этой же главе рассмотрены особенности постановки краевых задач нелинейной теории механодиффузии.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию процессов набухания эластомеров в жидкостях. Для термодинамического описания эластомеров здесь используется теория Флори. Из нее получены определяющие соотношения для тензора напряжений Каши и химического потенциала жидкости:

от = £ - ^Е/З ) - рЕ;

^ = Ш1п ф1 + ^ ф* +■ г-1*"3^/® + рУх;

где фх , ф2~ объемные доли жидкости и полимера соответственно, Ч^ молярный объем жидкости; V,,- молярный объем макромолеку-лярных субцепей, образующих полимерную сетку; 2 = Ч^/

Далее рассмотрены две задачи о набухании бесконечного плоского слоя эластомера в сильном растворителе. В первой задаче полагается, что слой эластомера свободен, т.е. не подвергается внешним механическим воздействиям, во второй - эластомер скреплен с недефоршруемой подложкой.

В безразмерном виде, в приближении больших степеней набу-

хаяия краевая задача, описывающая процесс набухания свободного

плоского слоя, имеет следующий вид:

и, = СкСиДЗи 3 , х б СО, 13, I > 0; С1)

^ XX ' '

иСх,03 = 0, ихС1,1) = 0; (33

СЬггОиСО.О+е = <[С1-£ЗиСх,и+с) 2>а; (3)

1С13 = < [(1-£)иСхЛ)^]2 >1/е. (43

Здесь и(х,и - безразмерная концентрация диффундирующей зад-кости; с - объемная доля полимера в предельно набухшем состоянии эластомера; 1 - продольное удлинение слоя, нормированное на единицу: х - поперечная Сматериальная) координата; кСи,13 -безразмерный коэффициент диффузии, который в общем случае может зависеть от продольного удлинения слоя. Единицами измерения расстояния и времени служат, соответственно, величины Ь и Ь2/Бо, где Ь-полутолвдна "сухого" слоя, 0о-значение коэффициента диффузии в предельно набухшем состоянии эластомера. Угловые скобки означают интегрирование по х в пределах СО, 13.

Продольные компоненты тензора напряжений Пиола а° = = КТУ;1г~1/31СиС 1 - Е(1-г)иСх,1)+ггЗ V 16аЗЗ.

Краевая задача (13-С43 является нетривиальным обобщением классических диффузионных задач. Граничная концентрация жидкости оказывается зависящей от относительного продольного удлинения слоя и является нелинейным функционалом, определенным на функциях распределения концентрации диффундирующей жидкости. Вследствие этого, в процессе свободного набухания эластомера возникает нестационарный граничный режим, и кинетика диффузионного насыщения материала заметно отличается от кинетики нормальной сорбции, то есть является аномальной.

Граничное условие (33 есть следствие зависимости степени набухания эластомера от продольного удлинения слоя, которая для сильно набухающих эластомеров определяется выражением

Оно вытекает из теории Флори, при этом с! = 2/9.

Интегральными характеристиками процесса набухания, которые можно определить экспериментально, являются функции

д^З = <иСх, 13>, д2аЗ = <и2СхДЗ>.

Функция д (13, называемая кинетической кривой набухания, описывает зависимость от времени количества жидкости, поглощаемое эластомером, д2С13 можно определить по деформационной кривой

набухания. Для сильно набухаювдх материалов справедлива оценка

д2Си*16Си. С6Э

Решение задачи С1)-(43 полностью описывает рассматриваемый механодиффузионный процесс, то есть позволяет определить текущее распределение жидкости в слое и рассчитать индуцированное напряженно деформированное состояние материала. На рис. 1 представлены результаты численного решения этой задачи при постоянном коэффициенте диффузии.

Рис.1. Распределение диффундирующей жидкости (а) и продольных безразмерных напряжений д = а^ЛШУ^^ С б) при набухании свободного плоского слоя с постоянным коэффициентом диффузии кСиД) 5 1 и е = 0,1: 1-1= 0,03; 2 - I = 0,3; 3 - I = 0,4; 4 - I = 0,6; 5 - I = 1,0; 6 - I = 1,8.

Далее проводится анализ краевой задачи С1)-С4}. Рассматриваются две стадии процесса набухания - начальная и конечная. На конечной стадии иСхЛЭ —♦ 1, и это позволяет линеаризовать задачу в окрестности и = 1 и получить ее решение:

ш

иСхЛ) = 1 - £ а^ехрС-с^и соэЕСс^СЬх}),

где собственные значения а^ определяются из уравнения

с^ = 26 ЬдСсу. (7)

При 1-ч-нх) уравнение кинетической кривой имеет вид

д СО = 1 - Са/а )ехрС-аЧ)51п а . С8)

При й = 2/9 а1 % 1,2220, поэтому конечная стадия набухания свободного слоя оказывается более затянутой во времени по сравнению с нормальной сорбцией, для которой а1 = гс/2.

Характер диффузионной кинетики на начальной стадии набухания существенно зависит от диффузионных свойств материала.

Это показано на примере модельной зависимости kCu.i) = us. В этом случае могут существовать качественно различные механо-диффузионные режимы. Таких режимов три: степенной, экспоненциальный и режим с обострением. Ниже приведены решения, описывающие эти режимы.

I. Степенной режим Cs < sc, где sc= 2/d - 4):

иСхДЭ = W*mCUt )nfl(?), JJ = x/tM"*Ct+t )"];

2 о ' * z о

g CD = M hf-'Ct+t )q, g Ct) = hPrCt+t )Г; С9)

is о а го'

m Г" 1 _ _ 1/d - г „ _ l/d - 1 _ 1 Mm

B = n . _ , q _ , r - dt . у CIO)

с с с с

Здесь и далее Мр = i™ 0p(?)di, где р = 1, 2.

II. Экспоненциальный режим С s = sc):

u(x,t) - exp IVFCt-t )]ÖCi), f = xM exp I- sif£t-L )/3);

r Ä О 7 1 z so

giCt)=CMi/Ma)expCCs/2+l)hPCt-to)]; gz(t)=exp£Cs/2+2)hfCt-to)3;

III. Режим с обострением (s > sc):

.....u(x,t) = hfCt ЧГбС?), £ = x/dfCt -t)n]-,

Z О ^ ' 2 0

g,m = M^-'CL^t)", g2(t) = bPrCL0"t )r; где показатели степени определяется формулами (10), но поскольку s > sc, то т, п. q, г < 0.

Для степенного режима и режима с обострением функция SC?) удовлетворяет условиям 6C0D = 1. и бС+оо) = 0 и определяется из уравнения С8*8'У + |п|?б' - |ш|б = 0. Для экспоненциального режима в этом уравнении следует положить n = sc/2 и ш = 1.

Решение, описывающее режим с обострением, за конечное время обращается в бесконечность. В действительности, для слоя конечной толщины все решения ограничены, а представленные здесь автомодельные решения описывают асимптотические свойства диффузионных режимов на начальной стадии процесса набухания.

Кинетические кривые набухания при различных значениях s изображены на рис. 2. Они имеют разную форму и описывают . различные типы аномалий сорбции.

Показано, что наличие деформационной зависимости коэффициента диффузии вида k(u,l) = usl6p не порождает новых диффузионных режимов. Все три типа автомодельных решений остаются в силе, но в этом случае критическое значение sc= (2-p)/d-4.

0,5-

34

О

6 ь О

0,5 •

94

20 АО £

Рнс.2. Кинетические кривые набухания свободного плоского слоя при различных значениях показателя концентрационной зависимости коэффициента диффузии зС£=0 ,13: а - степенной режим; б- экспоненциальный режим Сэ=53 и режим с обострением (3=5,5). '

При набухании бесконеченого плоского слоя эластомера, скрепленного с недеформируемой подложкой, продольная деформация слоя отсутствует, а граничная концентрация жидкости является константой. Краевая задача, моделируодая этот процесс '*' имеет следующий вид:

= СкСи)их)х, иСх.ОЭ = 0, ихС1Л) = 0. иСО.и = 1, а ее решение описывает нормальную сорбцию.

Изучена диффузионная кинетика набухания свободного плос- * кого слоя эластомера, сопровождающееся малыми деформациями по- " лимерной матрицы. Показано, что кинетика сорбции плохого растворителя с уменьшением объемной степени набухания переходит в нормальную. Напротив, при набухании материала в хорошем растворителе из набухшего состояния при любых, сколь угодно малых деформациях всегда существует нестационарный граничный режим, который не зависит от величины деформаций, и кинетика набухания является аномальной. Механодиффузионный процесс в этом случае описывается следующей краевой задачей

и = и , иСх,0] = 0, и С1ДЗ = 0, иСО.и = 1-2Л +• гсКиСх.и);

I XX X

где иСх,и-относительная концентрация диффундирующей жидкости.

Получено решения этой задачи, уравнение кинетической кри- . вой и ее асимптотическое поведение на начальной и конечной стадиях набухания:

д4ш = с1-гй)си/п)1/2 + аа-ат + ось3'2), а о); сиз

2Cl-2d)

g Ct) = 1--expC-a2t), (t + a). C12)

a2* 4d2-2d 1

i

Здесь ai- первый положительный корень уравнения (73.

Таким образом, диффузионная кинетика набухания эластомеров существенно зависит от условий внешнего механического наг-ружения и механодиффузионных свойств материала. Полученные решения объясняют причину и механизм аномальной сорбции. Так называемые "аномалии" кинетики сорбции в набухающих материалах оказываются характерным свойством таких систем и является результатом взаимодействия процессов диффузионного насщения материала и его деформирования в условиях набухания.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию кинетики набухания и механодиффузионных свойств эластомеров. Основное внимание сосредоточено на изучении тех новых эффектов, которые были обнаружены теоретически в предыдущей главе.

На основе полученных решений предложены методы исследования диффузионных и термодинамических свойств эластомеров по кинетике их набухания в низкомолекулярных жидкостях: 1) метод определения коэффициента диффузии жидкости в набухшем состоянии эластомера близком к равновесному; 2) метод оценки концентрационной зависимости коэффициента диффузии; 3) метод оценки деформационной зависимости равновесной степени набухания эластомера в условиях однородного двухосного растяжения.

Для сильно набухающих эластомеров, диффузионные свойства которых могут быть аппроксимированы соотношением D = D^u® СО £ s < sc), по начальному участку кинетической кривой свободного набухания можно оценить концентрационную зависимость коэффициента диффузии по формуле s = 2/d-4-Cl/d-13/q, а по формуле d = = 1-q/r определить параметр d, характеризующий деформационную зависимость равновесной степени набухания эластомера при его однородном двухосном растяжении С5). Величина г в силу С63 и (93 определяется по деформационной кривой набухания 1С1)..

По кинетической кривой набухания эластомера из набухшего состояния близкого к равновесному можно определить все пармет-ры (d, aj, Do3, харктеризующие кинетику процесса. Для этого, в соответствие с уравнением начального участка кинетической кривой СtD =BL'и уравнением конечного участка lnCl-gt3=C-At, необходимо определить параметры А и В. Тогда из системы уравнений d = а-^З/г, а, * U-tejHg «V ? = п1/2В/(2А1/23,

вытекающей из С73, С113-С123, можно рассчитать б и с^. Коэффициент диффузии определяется по формуле В0 = АЬг/а^.

В качестве объектов исследования были выбраны пространственно сшитые полибутадиенуретановые СПБУ) и полидиенуретанэпо-ксидные (ПДУЭЗ эластомеры. Образцы эластомеров были изготовлены в виде дисков диаметром 35-60 мм, толщиной 2 мм. Часть образцов наклеивали на металлические пластины. Они служили моделью скрепленного слоя. Кинетика набухания эластомеров определялась в жидкостях: толуоле, дибутилсебацинате и диоктилсе-бацинате. Описана методика определения кинетических и деформационных кривых набухания.

Установлено, что характер диффузионной кинетики набухания эластомеров действительно зависит от условий внешнего механического нагружения материала. На рис.3 показаны кинетические кривые набухания скрепленных и свободных образцов эластомеров. Б-образная форма кинетических кривых свободных образцов говорит об аномальной сорбции. Напротив, кинетические кривые скрепленных образцов на начальной стадии имеют ярко выраженный линейный участок, что является признаком нормальной сорбции.

Кинетические и деформационные кривые свободного набухания эластомеров, изображенные на рис.4, имеют Б-образный вид. Количественные оценки показали, что процесс свободного набухания исследованных эластомеров соответствует диффузионному режиму степенного типа. Причем, концентрационная зависимость коэффициента диффузии жидкости в эластомерах оказалась весьма слабой СО £ з 50,83. Экспоненциального режима и режима с обострением в данных эластомерах не обнаружено.

Кинетика поглощения жидкости уже набухшим эластомером, из состояния близкого к равновесному, аномальна. Показано, что форма экспериментальных кинетических кривых набухания в этом случае хорошо описывается выражениями С113-С 123.

По кинетическим и деформационным кривым набухания определены значения параметра б, характеризующего деформационную зависимость равновесной степени набухания эластомеров при ОДНО7 родном двухосном растяжения материала, оказались близкими к теоретическому значению б = 0,22С2) Сбэксп - 0,13^0,253. Это говорит в пользу предложенной модели механодиффузионных процессов в эластомерах.

Рис.3. Кинетические кривые набухания скрепленных и свободных образцов эластомеров в дибутилсебацинатё (а) и диоктилсе-бацинате Сб): 1 - скрепленный образец ПБУ-1; 2 - свободный образец ПБУ-1; 3 - свободный образец ПБУ-2.

Рис.4. Кинетические С а) и деформационные Сб) кривые свободного набухания эластомеров в толуоле: 1- ПБУ-З Сг = 0,230); 2 - ПБУ-4 и = 0,179); 3 - ПДУЭ С£ = 0,213); 4 - ПБУ-1 Се = = 0,278); 3 - ПБУ-2 Сс = 0,093).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложена геометрически и физически нелинейная теория механодиффузионных процессов переноса многокомпонентных и однокомпонентных низкомолекулярных жидкостей в высокоэластичных набухавших материалах - эластомерах и полимерных гелях.

2. Исследованы процессы набухания эластомеров в низкомолекулярных жидкостях, сопровождаидиеся большими деформациями

полимерной матрицы. Изучено напряженна деформированное состояние материала порождаемого диффузионным процессом и его влияние на диффузионную кинетику набухания.

3. Теоретически и экспериментально установлена зависимость диффузионной кинетики набухания эластомеров от условий их' внешнего механического нагружения. Показано, что процесс набухания скрепленного слоя эластомера в низкомолекулярной жидкости протекает в режиме нормальной сорбции, а кинетика набухания свободного слоя является аномальной.

4. Изучен механизм аномальной сорбции при набухании эластомеров в низкомолекулярньк жидкостях. Установлено, что причиной аномалий является нестационарный граничный режим, возникающий вследствие деформации набухающего материала и повышением совместимости жидкости по отношению к эластомеру на границе их контакта. Показано, что так называемые "аномалии" кинетики сорбции в набухающих материалах оказываются характерным свойством таких систем и являются результатом взаимодействия процессов диффузионного насыщения материала и его деформирования.

5. Установлена возможность существования качественно различных механодиффузионных режимов при свободном набухании эластомеров. Конкретный вид процесса свободного набухания материала определяется комплексом механодиффузионных свойств системы эластомер - жидкость. Для свободного плоского слоя обнаружена возможность существования трех режимов набухания - степенного, экспоненциального и режима с обострением. Экспериментальна установлено, что в исследованных эластомерах реализуется степенной режим свободного набухания.

6. Исследована диффузионная кинетика поглощения жидкости уже набухшим эластомером, начальная концентрация жидкости в котором близка к равновесной. Установлено, что при любых сколько угодно малых деформациях эластомера, возникающих в процессе его набухания, кинетика сорбции аномальна.

7. Разработаны новые методы определения коэффициентов диффузии низкомолекулярных жидкостей в эластомерах и полимерных гелях. Предложены методы оценки концентрационной зависимости коэффициента диффузии жидкости в эластомере и деформационной зависимости равновесной степени его набухания в условиях однородного двухосного растяжения по кинетическим и деформационным кривым свободного набухания.

Основные результаты опубликованы в работах:

1. Денисск Е.Я. Моделирование механодиффузионных процессов переноса низкомолекулярных жидкостей в сшитых эластомерах // Физические и химические закономерности формирования композиционных материалов: Сб.научн.тр.- Екатеринбург: УрО РАН,

1994. - С. 17 - 30.

2. Денисюк Е.Я..Терешатов В.В. Теория механодиффузионных процессов переноса многокомпонентных жидкостей в сшитых эластомерах // Прикл. механика и технич. физика.- 1997.- Т. 38, № 6.- С. 107-123.

3. Денисок Е.Я., Терешатов В.В. Нелинейная теория механодиффузионных процессов в эластомерах и ее приложения в технологии переработки полиуретанов.- В кн.: Полиуретаны и технологии их переработки: Тез.докл. I Уральской конф. Пермь,

1995, с.51-52.

4. Денисок Е. Я., Терешатов В.В. Механодиффузионные процессы взаимодействия полиуретановых эластомеров с физически агрессивными средами. -В кн.: Тез. докл. VI междунар. конф. по химии и физикохимии олигомеров. Черноголовка, 1997, т.1, с. 170.

5. Денисок Е.Я., Клячкин D.С..Терешатов В.В. Оценка работоспособности полиуретановых изделий, работавших в физически агрессивных средах.-В кн.: Наукоемкие полимеры и двойные технологии технической химии: Тез. докл. II Уральской конф. Пермь, 1997, с. 41.

6. Клячкин Ю.С., Денисюк Е.Я. и др. Получение полиуретановых композиций с самоорганизующимся полимерным наполнителем.-В кн.: Перспективные химические технологии и материалы; Тез. докл. Междунар конф. Пермь, 1997, с. 205.

Сдано в печать 30.06.96 г. Формат 60x8Vl6. Обьеи 1,0 п.л. Тираж 100. Заказ 1202. Ротапринт ПГТУ.