Глава 5. УПРУГИЕ СВОЙСТВА ЭЛАСТОМЕРОВ

Эластомеры (натуральный и синтетический каучук, полиуретаны, материалы биологического происхождения и т. п.) — каучукоподобные вещества, обладающие уникальным механическим свойством — большой (высокоэластичной) деформацией после соответствующей технологической переработки широко используются в технике и медицине в качестве конструкционных материалов.

Трудно даже просто перечислить типы изделий из эластомеров: это мембраны и оболочки, силовые и уплотнительные элементы, резинометаллические шарниры, тонкие резинометаллические эламенты, муфты, шины, амортизаторы и виброгасители, надувные сооружения и антенны, клеи, пленки, изоляционные и токопроводящие материалы, трансплантационные материалы и многие, многие другие.

Велика роль эластомеров и в живой природе. Например, белок резелин существенно уменьшает энергетические затраты при полете членистоногих. Упругий белок эластин облегчает работу сердечнососудистой системы, разгружает мышечную систему. Многообещающие перспективы использования эластомеров при создании искусственных органов.

Как правило, эластомеры обладают малой теплопроводностью. В связи с этим при динамических знакопеременных режимах резиновые изделия подвергаются саморазогреву. Поскольку механические (в том числе и упругие) постоянные существенно зависят от температуры, вопросы деформации и теплопроводности требуется рассматривать совместно. Деформация реальных эластомеров зависит от скорости и времени приложения нагрузок. К этому следует добавить необходимость учитывать геометрическую и физическую нелинейность. Строго говоря, в общем случае расчет изделий из эластомеров сводится к решению задач (как

правило, для сложных областей) физически и геометрически нелинейной связной теории термовязкоупругости.

Вместе с тем в длительно работающем изделии из эластомера успевают отрелаксировать все неупругие эффекты, и оно практически находится в упругом состоянии. Более того, вклад упругой (высокоэластичной) деформации, по-видимому, всегда составляет не менее общей величины. Таким образом, неупругость для эластомеров является эффектом второго порядка, и теория упругости дает надежную основу для прочностных расчетов изделий и сооружений из эластомеров.

В рамках темы этой книги рассмотрена лишь упругость эластомеров. В первых двух параграфах кратко изложены вопросы, связанные со структурой полимеров и их механическими (физическими) свойствами. Избранная форма изложения рассчитана на читателя, четко не отличающего винипласт от Винипуха. Последующие параграфы, отвечающие традиционному для механиков феноменологическому подходу, изложены в более строгой манере.