|
|
|
Главная --> Справочник терминов Деформации сопровождается Термин «разрушение» охватывает всю последовательность разрушения от его возникновения, роста трещин и их распространения до полного разрушения. В отличие от деградации и ослабления материала путем термического воздействия и влияния окружающей среды под процессом разрушения понимают разделение тела на части под действием напряжения, направленного вдоль оси последнего. Это возможно только при наличии действующей силы. Однако силы вызывают деформации. Следовательно, началу разрушения всегда предшествует деформирование образца. Таким образом, получен важный вывод: увеличение площади поверхности раздела прямо пропорционально суммарной деформации. Следовательно, суммарную деформацию можно рассматривать как критерий количественной оценки процесса смешения. деформаций площадь поверхности раздела оказывается прямо пропорциональной суммарной деформации. Следовательно, главным условием хорошего смешения является наличие больших деформаций компонентов смеси. Это требование должно быть дополнено не менее важным условием — распределением элементов поверхности раздела внутри системы [9]. Иными словами, хорошее ламинарное смешение достигается только при больших деформациях компонентов при условии макрооднородности смеси. Каучукам свойственны высокоэластические деформации, характеризующиеся зависимостью напряжения в материале не только от величины, но и от скорости деформации, следовательно, в них сочетаются свойства вязких и упругих тел. Наряду с обратимыми деформациями в каучуках развиваются необратимые остаточные деформации, связанные с перемещением отдельных макромолекул и их агрегатов относительно друг друга, которые являются преобладающими. Резиновые смеси характеризуются повышенной вязкостью и меньшей обратимой высокоэластической деформацией. Количество энергии, выделяющейся при взаимодействии озона с резиной, можно оценить несколько иначе. Примем, что плоская поверхность пластины увеличивается попорционально росту деформации. Следовательно, при деформации на 5% прирост поверхности в 1 см2 с одной стороны образца будет равен 0,05 см2. Рост трещин в образце будет происходить до тех пор, пока в поверхностном слое не исчезнут растягивающие напряжения, т. е. пока площадь проекций трещин на плоскость поверхности не будет равна 0,05 см2. В этом случае минимальная величина вновь образовавшейся поверхности, которая вся должна прореагировать с озоном с образованием трещин, будет равна 0,05 см2. Если принять, что свободная энергия поверхности каучука сравнима с поверхностной энергией парафина, составляющей около 50 эрг/см2, то легко рассчитать, что для образования новой поверхности требуется 50-0,05=2,5 эрг. Разрушающее напряжение зависит не только от свойств полимера, но также от температуры и времени действия деформирующей силы (от скорости деформации). Следовательно, при сравнении прочности разных полимеров по значениям стр необходимо определять эту величину при одних и тех же значениях температуры и скорости деформации с учетом физического и фазового • состояний. Во всех трех случаях кардинальным моментом является величина сил взаимодействия, которые в первом приближении определяются величиной сил вязкого трения. При этом, имея в виду рассмотренный выше релаксационный механизм аномалии вязкости, естественно связать величину этих сил взаимодействия со значением предельной ньютоновской вязкости, характеризующей течение полимеров при бесконечно малой скорости деформации. Следовательно, можно ожидать (и это подтверждается на практике), что процессы механодеструкции будут протекать тем интенсивнее, чем выше величина ньютоновской вязкости, или, учитывая температурную зависимость вязкости, чем ниже температура полимера. Естественно также предположить, что, поскольку и увеличение гидростатического давления приводит к росту вязкости, повышение гидростатического давления в смеси тоже должно способствовать интенсификации процессов механокрекинга. Во всех трех случаях решающую роль играют силы взаимодействия, которые в первом приближении определяются силами вязкого трения. При этом естественно связать значение сил взаимодействия со значением предельной ньютоновской вязкости, характеризующей течение полимера при бесконечно малой скорости деформации. Следовательно, можно ожидать (и это подтверждается на практике), что процессы механодеструкции будут протекать тем интенсивнее, чем выше ньютоновская вязкость, или, учитывая температурную зависимость вязкости, чем ниже температура полимера. Естественно предположить, что, поскольку повышение гидростатического давления также приводит к росту вязкости, оно также должно способствовать и интенсификации механокрекинга процессов. Так как процесс механокрекинга носит вероятностный характер, то увеличение продолжительности деформирования должно способствовать возрастанию числа механически разорванных полимерных молекул [36]. 7.3. Аномально-вязкие (неньютоновские) жидкости. Развитие представлений о нелинейных соотношениях, описывающих процессы деформирования жидкостей, пошло по пути, несколько отличному от теории больших обратимых деформаций. Обычно принималось, что диссипативная функция полностью определяется вторым инвариантом тензора скоростей деформации; следовательно, от него зависит величина вязкости. Тогда можно записать следующее соотношение: (где е0 = F0/Z0 — начальный градиент скорости). При t <^ е^1 или t <^ (/o/-F0) режим V — const можно считать эквивалентным режиму & = е0 = const. Вообще же скорость деформации снижается по гиперболическому закону, убывая при больших значениях t до нуля. Поэтому очень часто используемый в лабораторной практике метод F = const не .обеспечивает постоянства, скорости деформации. Следовательно, в различные моменты времени или на различных стадиях деформации образец находится в неравноценных кинематических условиях, ибо характеристикой кинематики деформации является не скорость растяжения, а скорость деформации. Равноценность кинематических условий на различных стадиях растяжения обеспечивается выполнением условия е = е0 = const/ Тогда Процесс деформации сопровождается не только ориентацией сегментов макромолекул или кристаллитов в направлении приложенных усилий, но и изменением межмолекулярных взаимодействий, что отражается на физико-механических свойствах полимера. Согласно Липатову [50], на начальных стадиях деформации происходит возрастание объема растянутого полимера, которое указывает на разрыв в результате деформации части связей между молекулами полимера. Такой разрыв приводит к увеличению среднего расстояния между звеньями соседних полимерных цепей. В работе Уэйтхема и Герроу [53] было показано, что при растяжении целлюлозных волокон до удлинения 5% энтропия возрастает, что связано с разрушением исходной структуры волокна до того, как начинается собственно ориентация. Аналогичные представления возникли при исследовании ориентации полиамидных волокон в зависимости от степени деформации [54—56]. На определенной стадии деформации авторы наблюдали появление такой структурной модификации, которая свидетельствует о разрушении кристаллитов. Дальнейшая деформация приводит к выпрямлению участков цепей и их ориентации в направлении растяжения. Этот процесс создает предпосылки для установления нового порядка в расположении цепей, которое при благоприятных условиях может привести к равновесию, характеризующемуся повышением плотности упаковки. ленной степени деформации сопровождается кристалли- При достаточно высоких температурах (малых скоростях деформации) ориентация достигает своего предельного значения и также не изменяется с повышением температуры. Таким образом, в области температур ниже ТА и выше ТБ (см. рис. 11.39) изменение степени дополнительной ориентации не может оказать влияния на температурную (скоростную) зависимость прочности. В этих областях повышение температуры (уменьшение скорости деформации) сопровождается уменьшением прочности. В интервале температур ТА < Т < ТБ повышение температуры (уменьшение скорости деформации) сопровождается существенным увеличением степени дополнительной ориентации. Изменение степени до- полнительной ориентации определяет g температурную (скоростную) зависи- 11 мость прочности. Чем больше ориен- §,~ тирован материал в месте роста раз- § рыва, тем выше его прочность. § § блюдается увеличение разрушающего напряжения. В этой области увеличение скорости деформации сопровождается уменьшением доли межмолекулярных связей, разрушенных флуктуациями тепловой энергии за время действия силы. Дальнейшее увеличение скорости деформации сопровождается уменьшением степени ориентации материала. Однако в этой области, как и прежде, материал оказывается ориентированным, хотя уже ориентация тем меньше, чем больше скорость деформации. Это обусловливает уменьшение ар. Проанализируем представленную зависимость N = <р(Л/). О-а — прямолинейный участок, на котором приращение деформации сопровождается прямопропорциональным приращением приложенного усилия (прямая линия), что соответствует закону Гука. Следовательно, эта деформация упругая. В кристаллических полимерах происходит процесс рекристаллизации. Если исходная НМС сферолитная, то в шейке она фибриллярно-ламеллярная. При дальнейшем развитии деформации ламели могут разрушиться до фибрилл, фибриллы — до пачек. Каждая из ступеней деформации сопровождается образованием новой, уменьшенной по сечению шейки. После образования шейки шириной k вся рабочая часть образца вытягивается до пере- Увеличение скорости сдвига приводит к увеличению скорости нагружения. При этом скорость релаксационных процессов, соответствующая малой степени высокоэластической деформации элементов структуры, оказывается недостаточной. Увеличивающаяся доля обратимой деформации сопровождается ростом скорости релаксации. Одновременно начинает разрушаться какая-то часть наиболее крупных надмолекулярных образований. Внешне этот процесс приводит к появлению максимумов на кривых напряжение—деформация (см. рис. 1.39). 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. Увеличение скорости сдвига приводит к увеличению скорости нагружения. При этом скорость релаксационных процессов, соответствующая малой степени высокоэластической деформации элементов структуры, оказывается недостаточной. Возрастание доли обратимой деформации сопровождается ростом скорости Известно, что кристаллизация высокомолекулярных соединений не лишает их способности к проявлению больших деформаций. Особенность таких деформаций заключается в скачкообразном возникновении анизотропного участка, так называемой «шейки», после достижения определенного значения внешнего напряжения. Последующий процесс деформации сопровождается нарастающим удлинением полимера за счет развития шейки и перехода всего образца в однородный ориентированный материал. Обычно величины деформаций на этой стадии достигают значений многих сотен процентов. Изучение явления обратимости шейки при отжиге до температур, близких к температуре плавления полимера [1], а также структурных изменений, наблюдаемых при деформации [1,2], привело к заключению о том, что развиваемые в кристаллических полимерах большие деформации являются по своей природе высокоэластическими и возникают в результате фазового превращения, т. е. плавления изотропно расположенных кристаллов и образования за счет рекристаллизации благоприятно ориентированных по отношению к силовому полю новых кристаллов. Однако существует мнение, что большие деформации могут возникать за счет переориентации и изменения формы самих кристаллов без сопутствующего превращения внутренней структуры [3—5]. Последняя точка зрения также не противоречит современным представлениям о структуре кристаллических полимеров. Таким образом, в настоящее время не существует единого мнения об этом важном свойстве полимеров, что связано с недостаточным значением всех особенностей проявления больших деформаций в кристаллических полимерах.  Диэлектрическая постоянная Дальнейшее замещение Диэлектрическим свойствам Диэлектрическую постоянную Диацетильного производного Диагональной конструкции Диаграммы растяжения Диаграмма растяжения Диамагнитного кольцевого |
- |
Навигация