Главная --> Справочник терминов


Деформации поскольку Длинные и гибкие цепи полимера способствуют монотонному частично неупругому деформированию материала при постоянной нагрузке, а именно деформации ползучести. В статистических теориях разрушения обычно специально не рассматривается степень деформации при ползучести. Можно напомнить (разд. 3.4, гл. 3), что кинетическая теория Журкова и Буше также не учитывает деформацию ползучести как один из видов деформирования. В теории Сяо—Кауша, разработанной для твердых тел, не обладающих сильной неупругой деформацией, рассматривается зависимость деформации от времени, которая считается, однако, следствием постепенной деградации полимерной сетки. Буше и Халпия специально рассматривают макроскопическую ползучесть, чтобы учесть соответствующие свойства молекулярных нитей, которые в свою очередь оказали бы влияние на долговечность материала. Согласно их теории, запаздывающая реакция матрицы каучука или термопласта вызывает задержку (вследствие влияния на /ь) роста зародыша трещины до его критического размера.

Еще более простой и более доступный метод расчета деформации ползучести элементов инженерных конструкций опирается на линейно-логарифмическое приближение для модуля ползучести E(t) :

Из предыдущих рассмотрений следует, что значения у для ПММА, ПВХ, ПЭ могут быть с трудом объяснены с позиций разрыва цепей, если не допускать существования чрезвычайно высоких концентраций напряжения. В случае ПВХ величина v соответствует (1,7 нм)3, что указывает на вовлечение больших областей в процесс активации ползучести. Тот факт, что данные всех типов разрушения ПВХ описываются одним уравнением, по-видимому, свидетельствует о том, что в этом случае все типы разрушения зависят от деформации ползучести. Если структурное ослабление вызывается ползучестью, то окончательное ослабление может быть трех видов, например хрупким разрушением при больших напряжениях, пластическим ослаблением или развитием трещины при ползучести. Поскольку последний

Каган и др. [121] изучали влияние надмолекулярной организации на прочность ПЭВП, зависящую от времени. Они получили хорошее соответствие между 1-часовой (пластической) прочностью при ползучести и прочностью при вынужденной эластичности материалов с различной кристалличностью, плотностью (0,945<р<0,960 г/см3), размером кристаллитов и диаметром сферолитов. Эти параметры едва ли влияли на активационный объем у и лишь немного на энергию активации процесса пластического деформирования (параллельное смещение пластической ветви кривой а—lg(^o))- В то же время при увеличении плотности и размера кристаллитов и при уменьшении диаметра сферолитов они выявили явную тенденцию к увеличению долговременной прочности при хрупком разрушении (сопротивления образованию трещин при ползучести). Гаубе и др. [117] также сообщают, что с увеличением кристалличности (т. е. плотности) ПЭ, ПП, ПЭТФ, ПОМ, ПА возрастает прочность при вынужденной эластичности (при более низких значениях деформации) и прочность при пластическом деформировании. Однако они указывают, что уменьшение прочности при хрупком разрушении в области крутой части зависимости происходит тем скорее, чем выше кристалличность и меньше молекулярная масса. В полиэтилене с очень высокой молекулярной массой совсем не образуются трещины при ползучести. Судя по этим наблюдениям, процесс образования трещин при ползучести, по-видимому, связан с постепенным распутыванием цепей и раскрытием пустот в межкристаллических и (или) межсферолитных областях. Оба механизма совершенно не должны зависеть от деформации ползучести. Факт, что трещины при ползучести обычно регистрируются лишь в течение очень короткого промежутка времени, до того как они вызовут окончательное ослабление, свидетельствует о том, что эти трещины, раз уж они образовались, растут со значительными скоростями.

К измеряемым макроскопическим параметрам, влияющим на развитие усталости материала, относятся деформация ползучести и скорость деформации [72, 116, 122, 123, 147]. Миндел и др. [122] изучали скорость ползучести в зависимости от деформации при чистом сжатии поликарбоната. Эти же авторы обнаружили, что эффективность усталостного нагружения возрастает благодаря увеличению скорости деформации после каждого перерыва нагружения. Поскольку величина деформации, после которой начинается ускоренная ползучесть, остается постоянной (8,8%), выносливость снижается. Ползучесть при растяжении часто вызывает усталостное ослабление полимеров. В 1942 г. Буссе и др. [72] предложили данный механизм для полиамида, хлопчатобумажного волокна и вискозы. Брюллер и др. [147] утверждали, что циклические деформации ползучести рассчитываются с помощью принципа суперпозиции Больцмана.

Относительные деформации ползучести рассчитывают по формуле

стей деформации ползучести от температуры, влаж-

Природа релаксирующего напряжения и деформации ползучести может быть разной в зависимости от релаксационного состояния. В твердом полимере в стеклообразном состоянии упругий элемент изображает упругую деформацию еупр, а в высокоэластическом состоянии (эластомеры) — высокоэластическую деформацию евэл.

Деформация реального линейного каучукоподобного полимера обычно квляется наложением илг[ суперпозицией эластической деформации и необратимой деформации течения, причем и та и другая развиваются во времени. Явление постепенного развития деформации получило название ползучести. По общей величине деформации ползучести нельзя сказать, что явилось причиной ее развития, но при определенных условиях общую деформацию можно расчленить на обратимую и необратимую части. Это обычно проводят двумя способами.

Деформация реального линейного каучукоподобного полимера обычно квляется наложением илг[ суперпозицией эластической деформации и необратимой деформации течения, причем и та и другая развиваются во времени. Явление постепенного развития деформации получило название ползучести. По общей величине деформации ползучести нельзя сказать, что явилось причиной е< развития, но при определенных условиях общую деформации: можно расчленить на обратимую и необратимую части. Это обычнс проводят двумя способами.

Для сложного напряженного состояния при простом нагружении обобщение теории наследственного типа на случай нелинейности рассмотрено в работах [116, 137, 166]. Показано, что установившаяся ползучесть полимеров в основном определяется касательными напряжениями. Поэтому, следуя Качанову [108], представим интенсивность скоростей деформации ползучести функцией интенсивности касательных напряжений

параметры нормального распределения (средний размер сегмента и его вариацию), используя наличие точки изгиба и ее положение во всегда лишь частично известном общем распределении. Нельзя не учитывать факта, что подобные точки изгиба являются следствием возрастающего разгружения концов микрофибрилл с ростом деформации, поскольку расстояние передачи напряжения Ls по микрофибрилле (имеющей модуль Ef и диаметр d) возрастает в случае хорошей межфибриллярной адгезии (прочности т) на величину Le — ?/фе/2т. Возможная ошибка экстраполяции распределения N(L/L0) на область не полностью (или даже незначительно) нагруженных сегментов не имеет слишком большого значения при расчете накопления молекулярных напряжений. Однако ею нельзя пренебрегать, если распределение N(L/L0) используется для вывода критерия разрушения. Следует отбросить критерий разрушения, согласно которому макроскопическое ослабление материала совпадает с разрывом последнего сегмента из полного числа проходных сегментов. Подобный критерий находится в противоречии с отмеченным выше фактом: в момент макроскопического разрушения 99,7 % всех проходных сегментов остаются еще неразрушенными (рис. 7.6).

Обилие различных допущений в классической теории сеток всегда было неубедительным. Кроме того, эта теория пренебрегает межмолекулярными взаимодействиями (передача сил) и поэтому более применима к деформации набухших резин, чем ненабухших. Предложенная Бартеневым и Хазановичем * теория высокоэластичности исходит из представлений о механическом поле напряжений, в котором ориентируются сегменты цепей. Эта теория позволяет получить закон произвольной деформации, поскольку она обобщается на любой вид деформации.

Как известно (см. гл. 7), длина сегментов макромолекул разных полимеров разная, однако для упаковки в объеме это не имеет принципиального значения, и для всех полимеров свободный объем, приблизительно равный 2,5%, является критическим. При его достижении в системе прекращается тепловое перемещение сегментов и не развиваются большие обратимые деформации. Поскольку все полимеры в эластическом состоянии имеют примерно одинаковый коэффициент теплового расширения, приращение сво-

В уравнение (12.3) входит именно величина упругой деформации, а не общая величина деформации, поскольку необратимая вязкая деформация не приводит к ориентации сегментов. Коэффициент пропорциональности К определяется химической природой полимера, в частности размером кинетического сегмента.

Особняком стоит использование в качестве связок легкоплавких неорганических полимеров типа элементарной серы, которые находятся в жидком состоянии только после плавления. Такие системы напоминают металлические припои, и их применение связано со смачиванием — адгезией в жидком состоянии и последующим переходом в твердое состояние в результате охлаждения. При получении материалов серу расплавляют, а затем жидкую связку охлаждают, в результате чего она отвердевает и превращается в аморфное или кристаллическое тело, способное к пластической деформации. Поскольку у наполнителя и связки разные коэффициенты расширения, при охлаждении в связке возникают остаточные напряжения, что может существенно снизить прочностные свойства изделий.

Процесс ориентационного вытягивания зависит от продолжительности деформации, поскольку высокоэластическая деформация состоит из двух составляющих — упругой и вязкой. Вязкая составляющая деформации выражается законом Трутона [см. уравнение (5.14)]. Входящая в это уравнение продолжительность деформации t зависит от скорости формования и длины вытягиваемого участка нити: чем меньше продолжительность деформации,

Особняком стоит использование в качестве связок легкоплавких неорганических полимеров типа элементарной серы, которые находятся в жидком состоянии только после плавления. Такие системы напоминают металлические припои, и их применение связано со смачиванием — адгезией в жидком состоянии и последующим переходом в твердое состояние в результате охлаждения. При получении материалов серу расплавляют, а затем жидкую связку охлаждают, в результате чего она отвердевает и превращается в аморфное или кристаллическое тело, способное к пластической деформации. Поскольку у наполнителя и связки разные коэффициенты расширения, при охлаждении в связке возникают остаточные напряжения, что может существенно снизить прочностные свойства изделий.

шение коррелируется с данными", по которым максимальная скорость роста трещин (при s=const) наблюдается при деформациях 5—7% и при увеличении деформации снижается (как далее будет показано, при испытании по режиму .F=const величина гк сдвигается23 в сторону малых деформаций по сравнению с ек при s = const). Данные Вейта22 фактически также свидетельствуют об экстремальном характере зависимости скорости растрескивания от величины деформации. Поскольку начальная скорость увеличивается с уменьшением деформации, а при деформациях, близких к нулю, скорость должна быть близка к нулю, кривая (dS/dt)t^Q=f(s) должна пройти через максимум в области малых деформаций. С другой стороны, при очень больших деформациях скорость должна возрастать, т. е. в этой области кривая должна пройти через минимум. Несмотря на это, Бейт22 отрицает наличие каких-либо критических точек на кривой.

Увеличение скорости деформации, сопровождающееся увеличением напряжения, приводит в определенный момент полимерную систему в состояние, когда скорость разрыва связей под действием теплового движения становится меньше скорости накопления высокоэластической деформации. Поскольку с увеличением высокоэластической деформации возрастает и скорость ее релаксации, процесс накопления обратимой деформации прекращается тогда, когда устанавливается динамическое равновесие, при котором скорость накопления высокоэластической деформации и скорость ее рассасывания уравниваются. Развитие деформации сопровождается дополнительными затратами энергии, что также вызывает некоторое увеличение напряжений сдвига.

Для проверки этого были изготовлены модельные образцы со специально созданным микрорельефом, который изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа [103]. Удалось обнаружить, что гистерезис угла смачивания Дер, оцениваемый по разности углов смачивания при натекании фн и оттекании ср0, возрастает на 15—25° при растяжении пленки тефлона, в то время как с учетом микрорельефа эта величина должна была бы составить всего 6—10°. На этом основании был сделан вывод о том, что анизотропия шероховатости не может быть причиной наблюдаемого эффекта [112]. Очевидно, анизотропию смачивания деформированных полимеров следует объяснять [111] зависимостью поверхностной энергии твердого тела от деформации. Поскольку поверхностная энергия тензорная величина, это объяснение вполне убедительно. Согласно [112], анизотропия смачивания может быть вызвана анизотропией механических свойств деформированной подложки и, следовательно, анизотропией нормальной компоненты поверхностной энергии, а также анизотропией силового поля вокруг ориентированных макромолекул. Обнаруженная зависимость смачивания от деформации представляет несомненный теоретический и практический интерес.

Величины перемещений ut являются функциями координат точки А до деформации, поскольку ее пространственное перемещение зависит от исходного положения. Поэтому могут быть записаны следующие выражения для полных дифференциалов перемещений:




Детальном исследовании Диэлектрическая постоянная Дальнейшее замещение Диэлектрическим свойствам Диэлектрическую постоянную Диацетильного производного Диагональной конструкции Диаграммы растяжения Диаграмма растяжения

-