Отправить статью по E-mail 
Описание свойств полимерных гелей в рамках обобщенной модели Муни–Ривлина
- Авторы: Денисюк Е.Я.1
-
Учреждения:
- Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН
- Выпуск: № 6 (2024)
- Страницы: 27-45
- Раздел: Статьи
- URL: https://bakhtiniada.ru/1026-3519/article/view/281239
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1026351924060023
- EDN: https://elibrary.ru/TZJMWT
- ID: 281239
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Полимерный гель рассматривается как смесь, представляющая собой высокоэластичный упругий материал и растворенную в нем жидкость (растворитель). На основе обобщенной модели Муни–Ривлина предложено выражение свободной энергии, описывающее деформационное поведение и термодинамические свойства полимерных гелей. В данной модели полагается, что “константы” Муни–Ривлина зависят от концентрации растворенной в полимере жидкости. Из этого выражения получены определяющие соотношения для тензора напряжений, химического потенциала растворителя и осмотического тензора напряжений. На их основе выполнено экспериментальное исследование деформационных свойств набухших в растворителе сетчатых эластомеров различной химической природы. В частности, изучена зависимость упругих свойств эластомеров от концентрации растворителя и определены параметры, описывающие эту зависимость.
Полный текст
Об авторах
Е. Я. Денисюк
Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: denisyuk@icmm.ru
Россия, Пермь
Список литературы
- Bashir S. et al. Fundamental concepts of hydrogels: synthesis, properties, and their applications // Polymers. 2020. V. 12. P. 2702. https://doi.org/10.3390/polym12112702
- Валуев Л.И., Валуева Т.А., Валуев И.Л., Платэ Н.А. Полимерные системы для контролируемого выделения биологически активных соединений // Успехи биол. хим. 2003. Т. 43. С. 307–328.
- Chyzy A., Tomczykowa M., Plonska-Brzezinska M.E. Hydrogels as potential nano-, micro- and macro-scale systems for controlled drug delivery // Materials. 2020. V. 13. № 1. P. 188. https://doi.org/10.3390/ma13010188
- Deligkaris K., Tadele T.S., Olthuis W., Berg A. Hydrogel-based devices for biomedical applications // Sens. Actuators B: Chem. 2010. V. 147. № 2. P. 765–774. https://doi.org/10.1016/j.snb.2010.03.083
- Ding M. et al. Multifunctional soft machines based on stimuli-responsive hydrogels: from freestanding hydrogels to smart integrated systems // Mater. Today Adv. 2020. V. 8. P. 100088. https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2020.100088
- Hoare T.R., Kohane D.S. Hydrogels in drug delivery: Progress and challenges // Polymer. 2008. V. 49. № 8. P. 1993–2007. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2008.01.027
- Kopecek J. Hydrogels: from soft contact lenses and implants to self-assembled nanomaterials // J. Polym. Sci. A Polym. Chem. 2009. V. 47. P. 5929–5946. https://doi.org/10.1002/pola.23607
- Lee K.Y., Mooney D.J. Hydrogels for tissue engineering // Chem. Rev. 2001. V. 101. № 7. P. 1869–1880. https://doi.org/10.1021/cr000108x
- Peppas N.A., Hilt J.Z., Khademhosseini A., Langer R. Hydrogels in biology and medicine: from molecular principles to bionanotechnology // Adv. Mater. 2006. V. 18. № 11. P. 1345–1360. https://doi.org/10.1002/ADMA.200501612
- Flory P.J., Rehner J. Statistical mechanics of cross-linked polymer networks // J. Chem. Phys. 1943. V. 11. P. 512–526. https://doi.org/10.1063/1.1723791
- Flory P.J. Molecular theory of rubber elasticity // Polymer. 1979. V. 20. № 11. P. 1317–1320. https://doi.org/10.1016/0032-3861(79)90268-4
- Flory P.J., Erman B. Theory of elasticity of polymer networks // Macromolecules. 1982. V. 15. № 3. P. 800–806. https://doi.org/10.1021/ma00231a022
- Edwards S.F., Vilgis T.A. The tube model theory of rubber elasticity // Rep. Prog. Phys. 1988. V. 51. P. 243–297. https://doi.org/10.1088/0034-4885/51/2/003
- Han W.H., Horkay F., McKenna G.B. Mechanical and swelling behaviors of rubber: a comparison of some molecular models with experiment // Math. Mech. Solids. 1999. V. 4. № 2. P. 139–167. https://doi.org/10.1177/108128659900400201
- Boyce M.C., Arruda E.M. Constitutive models of rubber elasticity: a review // Rubber Chem. Technol. 2000. V. 73. № 3. P. 504–523. https://doi.org/10.5254/1.3547602
- Boyce M.C., Arruda E.M. Swelling and mechanical stretching of elastomeric materials // Math. Mech. Solids. 2001. V. 6. № 6. P. 641–659. https://doi.org/10.1177/108128650100600605
- Dal H., Acikgoz K., Badienia Y. On the performance of isotropic hyperelastic constitutive models for rubber-like materials: a state of the art review // Appl. Mech. Rev. 2021. V. 73. № 2. P. 020802. https://doi.org/10.1115/1.4050978
- Anssari-Benam A. Assessment large isotropic elastic deformations: on a comprehensive model to correlate the theory and experiments for incompressible rubber-like materials // J. Elast. 2023. V. 153. P. 219–244. https://doi.org/10.1007/s10659-022-09982-5
- Mooney M. A theory of large elastic deformation // J. Appl. Phys. 1940. V. 11. № 3. P. 582–592. https://doi.org/10.1063/1.1712836
- Flory P.J., Tatara Y. The elastic free energy and the elastic equation of state: elongation and swelling of polydimethylsiloxane networks // J. Polym. Sci. 1975. V. 13. № 4. P. 683–702. https://doi.org/10.1002/pol.1975.180130403
- Денисюк Е.Я. Механика и термодинамика высокоэластичных материалов, насыщенных жидкостью // Изв. РАН. МТ Т. 2010. № 1. С. 118–138.
- Денисюк Е.Я. Задачи механики полимерных гелей с односторонними ограничениями // Изв. РАН. МТ Т. 2022. № 2. С. 106–123. http://doi.org/10.31857/S0572329922010068
- Денисюк Е.Я. Равновесие полимерных гелей в поле массовых сил // Изв. РАН. МТ Т. 2022. № 4. С. 3–24. http://doi.org/10.31857/S0572329922030072
- Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. М.: Наука, 1980. 512 с.
- Денисюк Е.Я., Терешатов В.В. Теория механодиффузионных процессов переноса многокомпонентных жидкостей в сшитых эластомерах // ПМТФ. 1997. Т. 38. № 6. С. 113–129.
- Денисюк Е.Я., Терешатов В.В. Нелинейная теория процессов набухания эластомеров в низкомолекулярных жидкостях // Высокомолек. соед. А. 2000. Т. 42. № 1. С. 71–83.
- Prigogine I., Defay R. Chemical Thermodynamics. N.Y.: Longmans Green and Co, 1954. [Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966. 508 с.]
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Экспериментальные кривые одноосного растяжения эластомера ПБУ-1 при различных концентрациях ДБС, представленные в координатах Муни-Ривлина: 1 – φ2 = 1; 2 – φ2 = 0.682; 3 – φ2 = 0.469; 4 – φ2 = 0.364; 5 – φ2 = 0.277; 6 – φ2 = 0.204; 7 – φ2 = 0.126.
Скачать (15KB)
3.
Рис. 2. Экспериментальная зависимость отношения ψ2/ψ1 от объемной доли полимера φ2 для эластомера ПБУ-1, содержащего ДБС, представленная в логарифмических координатах.
Скачать (6KB)
4.
Рис. 3. Экспериментальная зависимость термодинамически равновесной упругой реакции эластомера ПБУ-4 при одноосном растяжении в ДБС. Сплошная линия рассчитана по уравнениям (5.6)–(5.9) с константами, представленными в таблице. Величина P измеряется в МПа.
Скачать (7KB)
5.
Рис. 4. Экспериментальная деформационная зависимость равновесной степени набухания эластомера ПБУ-4 в ДБС в условиях одноосного растяжения. Сплошная линия рассчитана по уравнению (5.7) с константами, представленными в таблице.
Скачать (6KB)
