Structural changes of polymer materials under elastic and plastic deformations
https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-01-7-11
Abstract
The paper provides an experimental validation for the relationship between structural changes in polymeric materials and the elastic and plastic nature of their deformation. It is shown that elastic deformation of polymeric materials is caused by conformational changes of macromolecules, including orientation of segments and their deformation. Plastic deformation is caused by the sliding displacement of macromolecules relative to each other. The prospect of using the method of dielectric spectroscopy for diagnostics of changes in the conformational structure of macromolecules is shown.
About the Authors
M. P. Danilaev
Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI
Russian Federation
Russian Federation
Kazan.
T. R. Deberdeev
Baltic Federal University named after Immanuel Kant
Russian Federation
Russian Federation
Kalinigrad.
S. A. Karandashov
Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI
Russian Federation
Russian Federation
Kazan.
M. A. Klabukov
Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI
Russian Federation
Russian Federation
Kazan.
V. A. Kuklin
Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI; Kazan Federal University
Russian Federation
Russian Federation
Kazan.
I. V. Lounev
Kazan Federal University
Russian Federation
Russian Federation
Kazan.
K. V. Faizullin
Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI
Russian Federation
Russian Federation
Kazan.
A. M. Jumaev
Kazan Federal University
Russian Federation
Russian Federation
Kazan.
References
1. Salamone J.C. Polymeric materials encyclopedia, Twelve volume set. CRC press, 2020. V. 2. 554 p. https://doi.org/10.1201/9780367811686.
2. Seiff ert S., Sprakel J. Physical chemistry of supramolecular polymer networks // Chemical Society Reviews. 2012. V. 41, N2. P. 909–930. https://doi.org/10.1039/C1CS15191F.
3. Kulichikhin V.G., Malkin A.Y. The role of structure in polymer rheology // Polymers. 2022. V. 14, N6. P. 1262. https://doi.org/10.3390/polym14061262
4. Тюнькин И.В., Баженов С.Л., Ефимов А.В. и др. Влияние ориентации на механизм деформирования полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2011. Т. 53, №8. С. 1402–1414.
5. Козлов Г.В. Структура и свойства дисперсно-наполненных полимерных нанокомпозитов // Успехи физических наук. 2015. Т. 185, №1. С. 35–64. https://doi.org/10.3367/UFNr.0185.201501c.0035
6. Черпакова Н.А., Кузнецов А.Е., Пышнограй Г.В. Моделирование нелинейной вязкоупругости полимерных материалов при их больших периодических деформациях // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2017. Т. 14, №3. С. 376–380.
7. Odegard G.M., Clancy T.C., Gates T.S. Modeling of the mechanical properties of nanoparticle/polymer composites // Characterization of Nanocomposites. 2017. P. 319–342. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2004.11.022
8. Bergstrom J.S. Mechanics of solid polymers: theory and computational modeling. William Andrew, 2015.
9. Аржаков М.С., Зезин А.Б., Антипина А.Д. и др. Высокомолекулярные соединения. М.: Юрайт, 2024. 340 с.
10. Олейник Э.Ф., Руднев С.Н., Саламатина О.Б. Ступенчатый механизм зарождения пластической деформации в стеклообразных полимерах // Доклады Академии наук. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российская академия наук», 2015. Т. 465, №1. С. 46–46.
11. Панин В.Е. Основы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 1998. Т. 1, №1. С. 5–22.
12. Панин В.Е., Егорушкин В.Е. Основы физической мезомеханики пластической деформации и разрушения твердых тел как нелинейных иерархически организованных систем // Физическая мезомеханика. 2015. Т. 18, №5. С. 100–113.
13. Jiménez S.M.A., McMeeking R.M. Deformation dependent dielectric permittivity and its eff ect on actuator performance and stability // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2013. V. 57. P. 183–191. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2013.08.001.
14. Mark J.E. Use of dipole moments to characterize confi gurations of chain molecules // ACS Publications. American Chemical Society. 1974. V. 7, N7. P. 218–225. https://doi.org/10.1021/ar50079a002.
15. Данилаев М.П., Дробышев С.В., Карандашов С.А. и др. Калибровка метода диэлектрической спектроскопии при диагностике упругих свойств полярных полимеров // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26, №7(301). С. 44–50. https://doi.org/10.14489/td.2023.07.pp.044-050.
16. Akhmadeev A.A., Bogoslov E.A., Danilaev M.P. et al. Infl uence of the Thickness of a Polymer Shell Applied to Surfaces of Submicron Filler Particles on the Properties of Polymer Compositions // Mech. Compos. Mater. 2020. V. 56, N2. P. 241–248. https://doi.org/10.1007/s11029-020-09876-4.
17. Гусев Е.В., Набойщикова Н.А., Агеева Т.А. Исследование комплекса функциональных свойств фенопластовых композитов с использованием дисперсно-волокнистого наполнителя // Пластические массы. 2023. Т. 1, №1–2. С. 14–16. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2023-1-2-14-16.
18. Бобина Е.А., Данилаев М.П., Дебердеев Т.Р. и др. Механические свойства полимерной композиции на основе эпоксидной смолы при вариации толщины оболочки полилактида на поверхностях дисперсных частиц оксида меди (I) // Пластические массы. 2023. №11–12. С. 31–34. https://doi.org/10.35164/0554-2901-202311-12-31-34.
19. Wan C., Rhys Bowen C. Multiscale-structuring of polyvinylidene fl uoride for energy harvesting: the impact of molecular-, micro- and macro-structure // Journal of Materials Chemistry A., 2017, 5, P. 3091-3128. DOI: 10.1039/C6TA09590A.
20. Danilaev M.P., Drobyshev S.V., Klabukov M.A. et al. Formation of a Polymer Shell of a Given Thickness on Surfacesof Submicronic Particles // Nanobiotechnology Rep. 2021. V. 16, N2. P. 162–166. https://doi.org/10.1134/S263516762102004X.
21. Kuklin V., Karandashov S., Bobina E. et al. Analysis of Aluminum Oxides Submicron Particle Agglomeration in Polymethyl Methacrylate Composites // Int. J. Mol. Sci. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2023. V. 24, N 3. P. 2515. https://doi.org/10.3390/ijms24032515.
22. Popov I., Cheng S., Sokolov A.P. Broadband dielectric spectroscopy and its application in polymeric materials // Macromolecular Engineering. 2022. P. 1–39. https://doi.org/10.1002/9783527815562.mme0059.
23. Ефимов А.В., Баженов С.Л., Бобров А.В., Гроховская Т.Е. Влияние скорости растяжения на механические характеристики предварительно прокатанных пленок полиэтилентерефталата // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2017. Т. 59, №3. С. 234–242. https://doi.org/10.7868/S2308112017030038.
24. Helena H.J. Theory of elasticity and plasticity. PHI Learning Pvt. Ltd., 2017. 264 p.
25. Takagi H. Review of Functional Properties of Natural Fiber-Reinforced Polymer Composites: Thermal Insulation, Biodegradation and Vibration Damping Properties // Adv. Compos. Mater. Taylor & Francis, 2019. V. 28, N5. P. 525–543. https://doi.org/10.1080/09243046.2019.1617093.
26. Le T.-T., Le M.V. Nanoscale eff ect investigation for eff ective bulk modulus of particulate polymer nanocomposites using micromechanical framework // Advances in Materials Science and Engineering. 2021. V. 2021. P. e1563845. http://dx.doi.org/10.1155/2021/1563845.
Review
For citations:
Danilaev M.P., Deberdeev T.R., Karandashov S.A., Klabukov M.A., Kuklin V.A., Lounev I.V., Faizullin K.V., Jumaev A.M. Structural changes of polymer materials under elastic and plastic deformations. Plasticheskie massy. 2025;(1):7-11. (In Russ.) https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-01-7-11
Views:
379
Email this article 
