Abstract
A study has been conducted to investigate the relationship between polymeric structure and time-dependent autohesion, measured in terms of autohesive fracture energy, G a . Using the method of reduced variables, it was found that G a data as a function of contact time and temperature could be superposed into master curves of temperature-reduced contact times. Autohesion master curves developed in this fashion showed fracture resistance increasing with time along a logarithmic-type curve with monotonically decreasing slope. These data indicate that the generally accepted 1/2 power law dependency for autohesion only applies over a narrow range of contact times. Modelling of the experimental results was accomplished using a first-order kinetic equation derived to account for contact-area formation. Two diffusion-based models also provided good predictions in specific cases, most notably for the effect of molecular weight on time to equilibrium. However, evidence that diffusion is not the rate controlling process included the pronounced effects of contact pressure on autohesion and the identical time-dependent behavior of nondiffusing crosslinked networks when compared with systems containing mobile polymeric chains.
Résumé
On a mené une étude sur la relation liant la structure d'un polymère et de l'auto-adhésion dépendant du temps, mesurée en termes de l'énergie de rupture d'auto-adhésion Ga. En utilisant la méthode des réduites, on trouve que les donées relatives à Ga exprimées en fonction de la durée du contact et de la température, peuvent être superposées à des courbes directrices liant la température et les durées de contact réduites. Les courbes directrices d'auto-adhésion développées par cette voie montrent que la résistance à la rupture augmente avec le temps selon loi de type logarithmique, avec une pente à décroissance régulière. Ces données indiquent que la loi de puissance 1/2 qui est généralement acceptée pour l'auto-adhésion ne s'applique que sur une plage de durées de contact relativement étroite. Pour tenir compte de la formation de surfaces de contact, on a accompli une modélisation des données expérimentales en utilisant une équation cinétique du premier ordre. Deux modèles basés sur la diffusion fournissent également de bonne prédictions pour des cas spécifiques, et plus particulièrement pour traiter le problème de l'effet du poids moléculaire sur la durée pour atteindre un équilibre. Toutefois, il est évident que la diffusion n'est pas le processus contrôlant la vitesse. Ceci transparaît par les effets prononcés de la pression de contact sur l'auto-adhésion, et sur le comportement identique par rapport au temps de réseaux à liaison crousées non sujets à la diffusion et de systèmes comportant des chaînes polymères multiples.
Similar content being viewed by others
References
S.S. Voyutskii, Autohesion and Adhesion of High Polymers, Interscience, New York (1963).
G.R. Hamed, Rubber Chemistry and Technology 54 (1981) 576–595.
S. Wu, Polymer Interface and Adhesion, Dekker, New York (1982).
S.S. Voyutskii and B.V. Shtarkh, Rubber Chemistry and Technology 30 (1957) 548–553.
W.G. Forbes and L.A. McLeod, Transactions of the Institute of the Rubber Industry 34 (1958) 154–184.
K. Jud, H.H. Kausch and J.G. Williams, Journal of Material Science 16 (1981) 204–214.
R.P. Wool and K.M. O'Connor, Journal of Applied Physics 52 (1981) 5953–5963.
R.P. Wool and K.M. O'Connor, Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition 20 (1982) 7–16.
T.Q. Nguyen, H.H. Kausch, H. Jud and M. Dettenmaier, Polymer 23 (1982) 1305–1321.
R.P. Wool, Rubber Chemistry and Technology 57 (1984) 307–319.
H.H. Kausch, D. Petrovska, R.F. Landel and L. Monnerie, Polymer Science and Engineering 27 (1987) 149–154.
S.S. Voyutskii, Rubber Chemistry and Technology 33 (1960) 748–755.
S.S. Voyutskii and V.L. Vakula, Journal of Applied Polymer Science 7 (1963) 475–491.
P.G. de Gennes. Comptes Readu Academy of Sciences (Paris), Series B, 291 (1980) 219–223.
P.G. de Gennes, Journal of Chemical Physics 55 (1971) 572–579.
S. Prager and M. Tirrell, Journal of Chemical Physics 75 (1981) 5194–5198.
S. Prager, D. Adolf and M. Tirrell, Journal of Chemical Physics 78 (1983) 7015–7016.
D. Adolf, M. Tirrell and S. Prager, Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition 23 (1985) 413–427.
Y.H. Kim and R.P. Wool, Macromolecules 16 (1983) 1115–1120.
F.N. Kelley, PhD dissertation, University of Akron (1961).
D.H. Kaelble, in Treatise on Adhesion and Adhesives, R.L. Patrick (ed.), Dekker, New York (1967).
D.H. Kaelble, Journal of Adhesion 1 (1969) 102–123.
D.H. Kaeble, Journal of Macromolecular Science — Reviews in Macromolecular Chemistry C 6 (1971) 85–112.
J.N. Anand, Journal of Adhesion 5 (1973) 265–275.
G.R. Hamed, Rubber Chemistry and Technology 54 (1981) 403–414.
G.R. Hamed, Rubber Chemistry and Technology 55 (1982) 1469–1481.
N.S. Korenevskaya, V.V. Laurent'ev, S.M. Yagnyatinskaya, V.G. Rayevskii and S.S. Voyutskii, Polymer Science USSR 8 (1966) 1372–1377.
J.D. Ferry, Viscoelastic Properties of Polymers, Third Edition, Wiley, New York (1980).
R.W. Fillers and N.M. Tschoegl, Transactions of the Society of Rheology 21 (1977) 51–100.
W.K. Moonan and N.W. Tschoegl, Macromolecules 16 (1983) 55–59.
W.K. Moonan and N.W. Tschoegl, Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition 23 (1985) 623–651.
E.A. Meinecke, Rubber Chemistry and Technology 53 (1980) 1145–1159.
R.S. Rivlin and A.G. Thomas, Journal of Polymer Science 10 (1953) 291–318.
A.N. Gent and A.J. Kinloch, Journal of Polymer Science: Polymer Physics Edition 9 (1971) 659–668.
A.N. Gent, Rubber Chemistry and Technology 47 (1974) 202–212.
E.H. Andrews and A.J. Kinloch, Proceedings of the Royal Society London A 332 (1973) 385–399.
E.H. Andrews and A.J. Kinloch, Proceedings of the Royal Society London A 332 (1973) 401–414.
R.G. Stacer, D.M. Husband, and H.L. Stacer, Rubber Chemistry and Technology 60 (1987) 227–244.
M.L. Williams, R.F. Landel and J.D. Ferry, Journal of the American Chemical Society 77 (1955) 3701–3706.
P.J. Flory, Statistical Mechanics of Chain Molecules, Wiley, New York (1969).
M. Tirrell, Rubber Chemistry and Technology 57 (1984) 523–556.
D.S. Pearson, Rubber Chemistry and Technology 60 (1987) 439–496.
L.F. Plisko, V.V. Laurentyev, V.L. Vakula, and S.S. Voyutskii, Polymer Science USSR 14 (1972) 2501–2506.
R.M. Vasenin, Adhesives Age 8 (1965) 18–29.
J.N. Anand and R.Z. Balwinski, Journal of Adhesion 1 (1969) 24–30.
J.N. Anand and L. Dipsinski, Journal of Adhesion 2 (1970) 16–22.
R.P. Campion, Journal of Adhesion 7 (1974) 1–23.
A.Ya. Malkin, in Experimental Methods of Polymer Physics, A.Ya. Malkin (ed.), Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey (1983).
F. Bueche, Physical Properties of Polymer, Wiley, New York (1962).
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Stacer, R.G., Schreuder-Stacer, H.L. Time-dependent autohesion. Int J Fract 39, 201–216 (1989). https://doi.org/10.1007/BF00047450
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00047450