Термины, связанные с цементом. Диаграммы растяжения

Главная --> Справочник терминов

Диаграммы растяжения Благодаря своему фундаментальному значению широко исследовалась зависимость прочности полимеров под нагрузкой от времени, а температура считалась основным параметром. На рис. 1.4, 1.5 и 3.7 приведены диаграммы напряжение— время—температура для различных термопластов. Имеется много объяснений явления задержки окончательного ослабления образца относительно начального момента воздействия нагрузки. Одна группа объяснений опирается на чисто статистическое рассмотрение. В таком случае долговечность 1ъ обратно пропорциональна вероятности осуществления определенного акта повреждения в остальном не поврежденного материала.

Рис. 2.5. Изохронные диаграммы «напряжение — деформация» при изотермической ползучести

диаграммы «напряжение — деформация ползучести 8й», полученные по данным изотермической ползучести поливинилхлорида (ПВХ) при разных, напряжениях, меняющихся в интервале 0,04—0,63 от предела кратковременной прочности при заданной температуре опыта и при временном сечении i ч. Температура опытов дискретно менялась в диапазоне 20—70°С. Нетрудно убедиться, что в исследованном интервале температур и напряжений изохролы «о — е» нелинейны, и граница напряжений, где допустимо предположение о соблюдении физической линейности, сужается по мере роста температуры.

На рис. 5.1 показаны полученные Натта [18] диаграммы для нзотактического, стереоблочного и атактического полипропилена. Изотактический полипропилен дает кривую зависимости напряжение— удлинение, типичную для кристаллических полимеров. Начальный, в первом приближении прямолинейный участок кривой соответствует относительно высоким значениям модуля упругости, который может быть оценен с помощью тангенса угла наклона этого участка. На этой стадии рабочая часть испытуемого образца вытягивается на очень небольшую величину. Этот участок диаграммы отвечает упругой деформации образца, т. е. согласно закону Гука:

Рис. 5.1. Диаграммы „напряжение — относительное удлинение" для изотактического (/), стерео-блочь-ого (2) и атактического (3) полипропилена.

Рис. 5.3. Изменение формы диаграммы .напряжение — относительное удлинение" по мере з'величения скорости деформации:

ДИАГРАММЫ «НАПРЯЖЕНИЕ — ДЕФОРМАЦИЯ» ПРИ СЖАТИИ И ИЗГИБЕ

Для каждого образца были получены диаграммы напряжение — растяжение. Из них наиболее типичная группа кривых, для сажи,.

К этой группе относятся испытания на растяжение, сжатие, изгиб, раздир, твердость и многие другие, в ходе которых производится нагружение образца до разрушения или до заданного значения напряжения (деформации). Связь между напряжением, деформацией, температурой и временем проявляется в таких испытаниях в широком диапазоне деформаций и обычно выражается графически в виде диаграммы напряжение — деформация, которая, как правило, отвечает одной температуре испытания; влияние временного фактора учитывается путем определения временного режима деформирования.

Характерный вид диаграммы напряжение — деформация, полученной в результате таких измерений, представлен на рис. Х.1. Так как форма кривых при различных видах деформации одинакова, то и обработка кривой, показанная на рисунке, с определением модуля упругости, секущего модуля, предела текучести, смещенного (условного) предела текучести, разрушающего и максимального напряжения остается принципиально одинаковой.

Каждая из точек диаграммы напряжение — деформация характеризуется двумя координатами — значениями напряжения и деформации, которые обычно являются самостоятельными характеристиками свойств пластмасс.

Размеры микроблоков надмолекулярных структур, приведенные в табл. 1.1, подтверждаются опытами, в которых для линейных полимеров метилстирольного каучука СКМС-30 и бутадиен-сти-рольного каучука СКН-26 были исследованы диаграммы растяжения с заданными скоростями деформации (см. табл. 1.2). При тем-* пературах ниже Т0 (т. е. в области стеклообразного состояния) кривые деформации характеризуются наличием предела вынужденной эластичности сгв, что будет рассмотрено в гл. II. Процесс вынужденной эластичности связан с -тем, что время молекулярной релаксации т, характеризующее подвижность свободных сегментов и близкое по величине (но несколько большее) к среднему конформационному времени тк [уравнение (1.23)], снижается при больших напряжениях (порядка 107—108 Па) настолько, что сегменты становятся подвижными и высокоэластическая деформация возможна,

Наличие одного, двух или трех участков и их протяженность определяются условиями вытяжки. Изотропный или слабо ориентированный полимер имеет малые удлинения при разрыве и разрушается на / участке диаграммы растяжения. Увеличение степени предварительной вытяжки приводит к появлению // и /// участков. Одновременно увеличиваются удлинения при разрыве и растяжение образцов будет характеризоваться более высоким уровнем напряжений. При дальнейшем увеличении степени вытяжки пологий участок // сокращается или даже полностью исчезает, а участок /// становится круче. Разрушение происходит при более высоких напряжениях. Влияние ориентации на модуль упругости при

Форма диаграммы растяжения аморфных полимеров (при низкой температуре

С другой стороны, момент разрушения образца, т. е. разрушающее напряжение и удлинение при разрыве, не определяется одним только коэффициентом двойного лучепреломления Дп. Образцы с одинаковым А/г, ориентированные в различных условиях, могут разорваться на разных стадиях растяжения, хотя до момента разрыва одного из образцов диаграммы растяжения их полностью совпадают. Таким образом, по степени ориентации также невозможно однозначно определить прочностные характеристики ориентированных полимеров. Однозначную связь прочности и разрыв*

больше, чем выше степень молекулярной ориентации. В-третьих, деформация вдоль оси ориентации характеризуется большим внутренним трением и вязкостью. Строение ориентированных линейных аморфных полимеров достаточно полно характеризуется двумя - параметрами: средней степенью ориентации макромолекул, оцениваемой, например, по коэффициенту двойного лучепреломления An и числом цепей молекулярной сетки в единице объема Nc '(или молекулярной массой цепи сетки М0). Зная эти параметры, можно довольно точно предсказывать форму диаграммы растяжения, прочность и разрывное удлинение для образцов любой молекулярной массы. С ростом величины An и NZ прочность полимера повышается независимо от его молекулярной массы. Однако оптимальная ориентационная вытяжка сильно зависит от молекулярной массы полимера; следовательно, для заданных условий вытяжки правильный выбор молекулярной массы полимера может иметь решающее значение для достижения высоких значений прочности. По существу, выбор М и соответствующих условий вытяжки (температура, кратность, скорость и т. д.) могут проводиться при использовании правила логарифмической аддитивности (см. гл. V) применительно к продольной вязкости.

Степень вытяжки не определяет однозначно значение прочности и разрывного удлинения полимера. Одной и той же степени вытяжки могут соответствовать различные значения прочности, и, наоборот, одна и та же прочность может быть получена при различных степенях вытяжки. Средняя степень ориентации, определяемая двойным лучепреломлением, является более точной характеристикой ориентированного полимера. С другой стороны, прочность и разрывное удлинение не определяются одним двулучепреломлением. Образцы с одинаковым двулучепреломлением, ориентированные в различных условиях, могут разорваться на разных стадиях растяжения, хотя до момента разрыва одного из образцов диаграммы растяжения их полностью совпадают. Таким образом, по степени ориентации невозможно однозначно определить прочностные характеристики ориентированных полимеров. Однозначную связь прочности и разрывных удлинений со строением ориентированного полимера удается установить лишь в том случае, если можно учесть два параметра — среднюю степень ориентации звеньев макромолекул и число цепей молекулярной сетки в единичном объеме, так как

Это уравнение прямой линии, Е угловой коэффициент, равный тангенсу угла наклона а прямой к оси удлинений (участок Оа диаграммы растяжения, изображенной на рис. 19, б). Подобная же прямая линия получается в координатах Д/, Р, если графически изобразить зависимость деформации Д/ от величины растягивающей силы Р. При соответствующих масштабах эти линии полностью совпадают.

Диаграммы растяжения данных материалов показывают, что по сравнению с пенополистиролом или пенополиуретаном фенольные пенопласты имеют меньшую ползучесть под нагрузкой. Однако прочность при растяжении, изгибе и сжатии термопластов той же плотности в 2—3 раза выше [29].

В действительности модуль упругости не является постоянным и сильно зависит от скорости деформации. Временная зависимость выражается в том, что часть деформации (так называемая запаздывающая деформация) с самого начала испытания отстает от напряжения, однако и она полностью обратима, т. е. после снятия напряжения исчезает, хотя и с некоторым запаздыванием. Чем быстрее нарастает приложенное усилие, тем меньше доля запаздывающей деформации и тем выше значение модуля упругости в уравнении (27) и тангенс угла наклона начального участка диаграммы растяжения.

Рис 52. Диаграммы растяжения оргстекла (I). капрона (2). эпоксидного коунэуида (3), полиэтилена высокой плотности (4) и наполненной рези-йы (5)

На рис. 1.2 приведены диаграммы растяжения образцов полимеров на основе простого ДГЭ диана и сложного ДГЭ фталата и их гидрированных производных, отвержден-ных л-фенилендиамином [20]. Видно, что полимеры на основе сложных ДГЭ обладают более высоким модулем упругости, определяемым по начальным участкам деформа-

Дипольного взаимодействия Диполярного присоединения Дальнейшего восстановления Дисперсии сополимера Дисперсионного взаимодействия Дисперсными красителями Диспропорцио нирования Диссоциации комплекса Дистиллята дистиллят