Природа низкотемпературного максимума силы трения объяс­няется существованием максимума механических потерь, так как роль гистерезисных потерь при трении полимера в стеклообразном состоянии возрастает. При переходе полимеров из стеклообразного в высокоэластическое состояние изменяется молекулярный меха­низм трения, связанного с механическими потерями в объеме, что приводит к появлению резко выраженного максимума. Природа этого явления состоит в следующем. Упругие свойства полимеров в высокоэластическом состоянии практически не изменяются (т. е. модуль упругости Еж const), поэтому 5ф при постоянной нагрузке остается практически постоянной. При возрастании модуля упру­гости в результате понижения температуры 5ф резко уменьшается и, следовательно, понижается F. Важно отметить, что максималь­ное значение F в области стеклования не зависит от скорости скольжения v. Изменение v приводит лишь к смещению максимума силы трения (чем больше и, тем при более высоких температурах проявляется максимум F (рис. 13.3)). Объясняется это тем, что в результате возрастания v увеличивается частота деформаций ше­роховатостей поверхностного слоя полимеров и температура меха­нического стеклования повышается. Выражение для температуры, соответствующей максимуму силы F, имеет вид

TM=U*/[k 1п[Ц*о?0]Ь <13-6>

где U* — энергия активации перемещения сегментов полимерной цепи из одного равновесного положения в другое в процессе тепло­вого движения; k — постоянная Больцмана; К — средняя длина пе­рескока цепи, а то=10-12 с. Для образца натурального каучука (НК) рассчитанное по формуле (13.6) значение Тм равно 252 К, а экспериментальное — 242 К. Таким образом, можно считать, что в стеклообразном состоянии полимеров происходит переход к меха-

низму трения, характерному для твердых тел. Начало уменьшения амплитуды деформации (рис. 13.4), соответствующее увеличению динамического модуля, совпадает с началом падения силы трения. С уменьшением v максимум F в области стеклования смещает-

Рис. 13.3 Рис. 13.4

Рис. 13.3. Зависимость силы трения от температуры в области размягчения полимеров при разных скоростях скольжения (vi>v2)

Рис. 13.4. Зависимости амплитуды деформации D (1), коэффициента механи­ческих потерь х (2) и силы трения (3) от температуры

ся в сторону низких температур точно так же, как с уменьшением частоты смещается влево деформационная кривая, что указывает на релаксационную природу внешнего трения. В противополож­ность главному максимуму Тм низкотемпературный максимум при

Рис. 13.5. Изменение силы трения FTp (-/) и коэффици­ента механических потерь х (2) для полимера в широ­ком интервале температур

температуре Гм2 (рис. 13.5) существенно связан с механическими потерями в самом полимере. Так, у каучукоподобных полимеров в стеклообразном состоянии наблюдается такой же низкотемператур­ный максимум потерь, который связан с замораживанием подвиж­ности боковых привесков и примыкающих к ним атомных групп основных цепей.

При скольжении полимерного образца со скоростью 1 мм/мин шероховатости его поверхности испытывают деформацию сжатия с частотой 100 мин”1. Р1з рис. 13.5 видно, что низкотемпературный максимум механических потерь наблюдается примерно при той же температуре, что и максимум силы трения.