|
|
|
Главная --> Справочник терминов Действием внутренних Предыдущие утверждения относительно задач исследования разрушения хорошо иллюстрируются на примере твердого поливинилхлорида (ПВХ) (рис. 1.1 —1.3). Образцы труб для воды подвергаются хрупкому разрушению под действием внутреннего давления при высоком значении касательного напряжения, частично пластическому разрушению — при умеренных значениях напряжения, действующего в течение длительного времени, и разрушению, обусловленному ростом термических трещин (трещин серебра '>, образующихся при ползучести),— при низких значениях напряжения, действующего очень длительное время. Тремя процессами, вызывающими разрушение труб в данных трех примерах, являются соответственно быстрое вытягивание дефектов, течение материала и термоактивационный рост дефектов. Во всех трех процессах элемент объема, в котором вызывается разрушение, конечен; следовательно, неоднородные деформации должны быть локальными. Ниже мы рассмотрим природу подобной неоднородной деформации предположительно однородного материала и попытаемся объяснить ее. из ПВХ под действием внутреннего Рис. 1.4. Время до разрушения труб из ПВХ под действием внутреннего давления воды при различных значениях напряжения и температуры [13]. Рис. 1.5. Время до разрушения труб из полиэтилена высокой плотности ПЭВП под действием внутреннего давления воды р при различных значениях напряжения и температуры [14]. Испытания образцов под нагрузкой в лабораторных условиях, а также контроль промышленных изделий на разрушение позволяют получить много различных данных, которые пригодны для оценки процесса разрушения. Подобные данные, например время начала и полного разрушения, характеризуют тип разрушения (пластическое или хрупкое разрушение, разрушение всего образца или только его поверхности), динамику образования трещины и изменение физических или химических свойств образца. Естественно, самая прямая оценка результатов испытания или набора имеющихся данных заключается в получении непосредственной корреляции интересующих свойств (например, долговечности) с параметрами внешних условий нагружения (например, напряжением и температурой). На рис. 1.4 полученные результаты представлены именно в этих переменных (для труб из ПВХ под действием внутреннего давления воды). При работе с подобным графиком возникает ряд вопросов: При изготовлении автомобильных, авиационных, мотоциклетных и других шин применяют технические ткани из растительного, искусственного и синтетического волокна. Ткани сообщают покрышке прочность и сравнительно малую вытяжку под действием внутреннего давления воздуха в шине. В автомобильной покрышке ткани составляют по массе 30—35% и по стоимости 25— 30% от стоимости всех материалов. Покрышка представляет собой гибкую резино-тканевую оболочку, защищающую камеру от разрыва под действием внутреннего давления и от механических повреждений во время качения шины. Покрышка обеспечивает сохранение шиной заданных габаритов при наполнении ее сжатым воздухом и хорошее сцепление шины . с дорогой. Сплетение состоит в образовании чехла, состоящего из двух систем нитей, взаимно переплетающихся друг с другом под заданным углом. Наиболее выгодным является угол расположения нитей или проволоки около 55° к оси рукава, так как под этим углом направлены усилия, возникающие в стенке рукава под действием внутреннего давления. При таком расположении материала в процессе применения рукав не будет изменять своих размеров и нити каркаса будут работать только на растяжение. Рассмотрим макромолекулу произвольной формы, скелет которой состоит из углеводородной цепи с валентным углом а„, равным 1,91 рад (109°30'). Под действием внутреннего теплового движения или внешних сил в такой цепи может происходить вращение звеньев вокруг связей С—С по конусам, изображенным на рис. 1,27. Простейшим представителем полимеров этого класса является полиэтилен, имеющий плоскую зигзагообразную грднс-конформацию. Б разбавленных растворах Б 0-усло-виях вероятен поворот на больший угол ср (по сравнению с твердым состоянием). Термодинамическая гибкость характеризует способность цепи изменять свою конформацию под действием внутреннего теплового движения и зависит от величины Д^, т. с. от разности энергий поворотных изомеров. Чем меньше эта величина, тем выше вероятность перехода макромолекулы из одной конфор-мации в другую Термодинамическая гибкость является равновесной характеристикой и определяется в условиях «не'возму-щенной» конформации макромолекулы, т. е. в сильно разбавленном растворе в 6-растворителс при 0-температуре, Термодинамическая гибкость оценивается несколькими показателями: параметром жесткости, длиной термодинамического сегмента, лерсистентной длиной цепи и параметром гибкости Флори. Параметр жесткости ож определяется соотношением Толщину стенок трубопроводов определяют с учетом категории трубопроводов по СНИП П-45—75, с проверкой напряжений в трубах под действием внутреннего давления по формуле Другая ситуация возникает, если полимер не может кристаллизоваться (линия ///, рис. VI.23). Воздействуя в этом случае, как правило, механическим полем на критерий гибкости f, можно и такой полимер «поднять» до линии /—2, т. е. до нематической фазы. Однако никакой или практически никакой теплоты при этом не выделяется, «перекаченная» во внутреннюю энергию Выше мы говори чи о том, что деформация реальных полимеров в любом физическом состоянии имеет неравновесный характер. Причина этого — наличие сетк , физических узлов (флуктуационная сетка), которая не но воляет системе принять равновесные конфорчацин за время действия силы, т. с предопределяет неравновесный характер деформирования Поэтому говорят, что деформация имеет релаксационный характер (релаксация латинское слово, означающее оставление, уменьшение напряжения, отдых). Как уже отмечалось (см. разд I 3 и 4.1), процессы релаксации — это процессы перехода системы из неравновесного состояния к термодинамическому равновесию под действием внутренних сил, т е. процессы, в которых равновесие устанавливается во времени Различают механические, э юктрическне магнитные и другие релаксационные процессы. Механические релаксационные явления возникают при нарушении равновесия структурных э рементов, электрические— при нарушении равновесия ориентации электрических диполей, магнитные магнитных моментов. Механические релаксацией-.ные явления могут быть двух видов релаксация нш ряжения и релаксация деформации сти растрескиваться под действием внутренних напря- Компаунды подразделяются на пропиточные (обычно ненаполненные) и заливочные, применяемые с наполнителями. Условия работы и механизм разрушения компаундов весьма свой образны, что затрудняет их выбор для данной конструкции п,, обычным диэлектрическим и физико-механическим характеристикам. Как правило, на конструкции (часто сложной конфпгу рации), в которых используют заливочные компаунды, не действуют значительные внешние нагрузки, которые могут привест < к разрушению компаунда. Обычно компаунд разрушается по,; действием внутренних напряжений, возникающих вследствие or раничения термических и усадочных деформаций компаунда же сткими конструкциями. Напряжения, возникающие вследствп • разности термических коэффициентов расширения компаунда г конструкции, будут более подробно рассмотрены ниже. Здес, только отметим, что эти напряжения действуют в течение длительного времени, что часто приводит к разрушению изделий 1ь> в момент изготовления, а в процессе эксплуатации, и, следова тельно, к аварийному выходу оборудования из строя. Поэтом; для прогнозирования времени жизни изделия в данных уел) виях необходимо изучение процессов релаксации внутреншк напряжений и длительной прочности материала в сложных нолях внутренних напряжений. Механическое взаимодействие компаунда и залитых элементов, рассмотренное выше, является частным случаем проб-чемы совместимости компаундов и защитных элементов. Меха-шческое взаимодействие описано более подробно потому, что >но больше исследовано и наблюдается практически всегда. Однако во многих случаях не меньшее значение имеют и дру-•ие взаимодействия: например, некоторые компоненты компаундов или примеси в них могут взаимодействовать с поверхностью заливаемых деталей, изменяя их характеристики. Это особенно явно проявляется при использовании компаундов для герметизации полупроводниковых приборов, в микроэлектронике при заливке катушек из проводов с эмалевой изоляцией и др. В некоторых случаях работоспособность определяется адгезией, отсутствием газовыделения, водостойкостью, термостойкостью и т. д. Методы оценки совместимости компаундов с залитыми элементами практически не разработаны, и эта проблема остается наиболее сложной и важной для эффективного применения этих материалов. Некоторые данные имеются только для систем пропиточный компаунд — эмалированный провод [1, 3, 8, 63, 64]. В частности, в [63, с. 71] приведены сравнительные данные о влиянии различных компаундов на время жизни провода при повышенной температуре, когда разрушение изоляции происходит под действием внутренних напряжений в компаунде. Эпоксидные компаунды значительно в большей степени снижают срок службы изоляции, чем другие компаунды, что объясняется именно высокой адгезией, хорошими механическими свойствами и сравнительно высоким уровнем внутренних напряжений в эпоксидных компаундах: благодаря этому раньше происходит разрушение пленки эмаль-лака, а не компаунда или адгезионной связи на границе раздела. Таким образом, при выборе эпоксидных компаундов для подобных систем необходимо помнить, что они могут значительно ухудшать работоспособность системы. Компаунды подразделяются на пропиточные (обычно ненаполненные) и заливочные, применяемые с наполнителями. Условия работы и механизм разрушения компаундов весьма свой образны, что затрудняет их выбор для данной конструкции ц,, обычным диэлектрическим и физико-механическим характеру стикам. Как правило, на конструкции (часто сложной конфпгу рации), в которых используют заливочные компаунды, не действуют значительные внешние нагрузки, которые могут привест < к разрушению компаунда. Обычно компаунд разрушается по,; действием внутренних напряжений, возникающих вследствие or раничения термических и усадочных деформаций компаунда же сткими конструкциями. Напряжения, возникающие вследствп • разности термических коэффициентов расширения компаунда г конструкции, будут более подробно рассмотрены ниже. Здес, только отметим, что эти напряжения действуют в течение длительного времени, что часто приводит к разрушению изделий ш-в момент изготовления, а в процессе эксплуатации, и, следова тельно, к аварийному выходу оборудования из строя. Поэтом1 для прогнозирования времени жизни изделия в данных уел) виях необходимо изучение процессов релаксации внутреншк напряжений и длительной прочности материала в сложных нолях внутренних напряжений. ожно таким же образом сравнивать внутренние напряжения деталях с их длительной или кратковременной прочностью. Механическое взаимодействие компаунда и залитых эле-ентов, рассмотренное выше, является частным случаем проб-емы совместимости компаундов и защитных элементов. Меха-яческое взаимодействие описано более подробно потому, что 10 больше исследовано и наблюдается практически всегда. )днако во многих случаях не меньшее значение имеют и дру-ie взаимодействия: например, некоторые компоненты компа-ндов или примеси в них могут взаимодействовать с поверх-остью заливаемых деталей, изменяя их характеристики. Это собенно явно проявляется при использовании компаундов для ерметизации полупроводниковых приборов, в микроэлектро-ике при заливке катушек из проводов с эмалевой изоляцией др. В некоторых случаях работоспособность определяется ад-езией, отсутствием газовыделения, водостойкостью, термостой-остью и т. д. Методы оценки совместимости компаундов с за-:итыми элементами практически не разработаны, и эта проб-ема остается наиболее сложной и важной для эффективного рименения этих материалов. Некоторые данные имеются олько для систем пропиточный компаунд — эмалированны1.! ровод [1, 3, 8, 63, 64]. В частности, в [63, с. 71] приведены :равнительные данные о влиянии различных компаундов на фемя жизни провода при повышенной температуре, когда >азрушение изоляции происходит под действием внутренних [апряжений в компаунде. Эпоксидные компаунды значительно I большей степени снижают срок службы изоляции, чем другие сомпаунды, что объясняется именно высокой адгезией, хоро-иими механическими свойствами и сравнительно высоким уров-1бм внутренних напряжений в эпоксидных компаундах: бла-"одаря этому раньше происходит разрушение пленки эмаль-така, а не компаунда или адгезионной связи на границе >аздела. Таким образом, при выборе эпоксидных компаундов для юдобных систем необходимо помнить, что они могут значительно ухудшать работоспособность системы. Однако, несмотря на эти ценные свойства, поликарбонаты до сих пор не нашли такого массового применения, как, например, полистирол или полиэтилен, что объясняется, прежде всего, их высокой стоимостью. Кроме того, в ряде отраслей промышленности применение поликарбонатов ограничено вследствие их растворимости во многих органических растворителях, способности растрескиваться под действием внутренних напряжений, особенно в присутствии растворителей или их паров, а также некоторой склонности к уменьшению предела выносливости под действием динамических нагрузок. Здесь Жтп^.(т Ж «> — матричные элементы Ж, Д*в — элементы двух релаксационных матриц в том же базисе. Из этого уравнения видно, что элемент Жшя соответствует частоте перехода т в состояние п под действием внутренних причин, тогда как &%„=¦ — i/Tm«—частота перехода состояния т в п под действием потока частиц 7, причем 1/т^ = о*я7, где о*п—сечение процесса. на химические главные валентные связи в цепях и на межмолекулярные связи между цепями. Механизм разрушения такой системы под действием внутренних напряжений (может произойти разрыв химической связи или проскальзывание с разрывом межмолекулярных связей) зависит от соотношения энергии химической главной валентной связи в основной цепи и суммы энергии межмолекулярных взаимодействий на данном участке контакта между цепями с учетом закономерностей изменения сил взаимодействия с расстоянием. Исследование влияния на механические и адгезионные свойства полиэфирных покрытий введения в них двуокиси титана показало, что с увеличением содержания наполнителя до 16% внутренние напряжения возрастают и снижаются при концентрации наполнителя выше этого предела [338]. Установлено также, что длительная адгезионная прочность снижается под действием внутренних напряжений [339, 340]. Регулирование адгезии и внутренних напряжений в полимерных пленках на поверхностях металлов  Делокализация электронов Дальнейшее разложение Деполимеризации полимеров Деревянных конструкций Дестиллат извлекают Дестиллат содержащий Деструкция полимеров Деструкция термическая Деструкции полимерных |
- |
Навигация