|
|
|
Главная --> Справочник терминов Предельной прочности мально к направлению предельной ориентации молекул (см. рис. 3.13). В случае предельной ориентации полимера все его цепи натянуты, поэтому они одновременно и в одинаковой мере воспринимают нагрузку, и образец имеет наибольшую прочность. С уменьшением степени ориентации число предельно вытянутых молекул уменьшается и они становятся все более перегруженными по сра'в-нению с невытянутыми. Разрыв молекул в наиболее опасном месте образца в этом случае происходит не одновременно, а поочередно, вследствие чего прочность образцов непрерывно уменьшается. Для неориентированных образцов эта очередность разрывов молекул является причиной весьма низкого значения сг0. градиента скорости, Чем больше градиент скорости, тем меньше роль теплового движения, тем больше влияние ориентации и тем меньше вязкость, При постоянной температуре интенсивность теплового движения тем больше, чем разбавленнее раствор, Поэтому эффект цоиижения вязкости с увеличением напряжения сдвига нагляднее вьфажен в более концентрированных растворах, в которых степень ориентации больше (табл. 28), Коэффициент вязкости с ростом градиента скорости уменьшается до определенного значения, соответствующего предельной ориентации цепей, Таким образом, зависимость логарифма вязкости от напряже-ния сдвига для разбавленных растворов полимеров выражается полной кривой течения (рис 177), начальный участок которой отвечает наибольшей ньютоновской вязкости, конечный — наименьшей ньютоновской вязкости при предельной ориентации макромолекул. Средний участок кривой соответствует структурной вязкости (глава IX). При определении характеристической вязкости необходимо проводить измерения в ньютоновских режимах течения, Это достигается проведением опытов при очень малых напряжениях и скоростях сдвига или экстраполяцией полученных зависимостей ^gr\—f(y) или Igr] —/(GT) к нулевой скоросги или к рулевому напряжению сдвига напранлен по касательной к оси потока, второй — радиально. Направление движения частиц может совпадать с вектором скорости при предельной ориентации. Ориентация всегда нарушается тепловым движением, вследствие чего направление оптической оси исследуемого слоя раствора составляет с направлением потока некоторый угол а, называемый углом угасания или углом ориентации. что после предельной ориентации газопроницаемость меньше вязкость, При постоянной температуре интенсивность теплового движения тем больше, чем разбавленнее раствор, Поэтому эффект цоиижения вязкости с увеличением напряжения сдвига нагляднее выражен в более концентрированных растворах, в которых степень ориентации больше (табл. 28). Коэффициент вязкости с ростом градиента скорости уменьшается до определенного значения, соответствующего предельной ориентации цепей, направлен по касательной к оси потока, второй — радиально. Направление движения частиц может совпадать с вектором скорости при предельной ориентации. Ориентация всегда нарушается тепловым движением, вследствие чего направление оптической оси исследуемого слоя раствора составляет с направлением потока некоторый угол а, называемый углом угасания яли углом ориентации. градиента скорости, Чем больше градиент скорости, тем меньше роль теплового движения, тем больше влияние ориентации и тем меньше вязкость, При постоянной температуре интенсивность теплового движения тем больше, чем разбавленнее раствор, Поэтому эффект цоиижения вязкости с увеличением напряжения сдвига нагляднее выражен в более концентрированных растворах, в которых степень ориентации больше (табл. 28). Коэффициент вязкости с ростом градиента скорости уменьшается до определенного значения, соответствующего предельной ориентации цепей, Таким образом, зависимость логарифма вязкости от напряжения сдвига для разбавленных растворов полимеров выражается полной кривой течения (рис. 177), начальный участок которой отвечает наибольшей ньютоновской вязкости, конечный — наименьшей ньютоновской вязкости при предельной ориентации макромолекул. Средний участок кривой соответствует структурной вязкости (глава IX). При определении характеристической вязкости необходимо проводить измерения в ньютоновских режимах течения, Это достигается проведением опытов при очень малых напряжениях и скоростях сдвига или экстраполяцией полученных зависимостей lgii=f(V) или 1§г=/(<тт) к нулевой скорости или к рулевому напряжению сдвига направлен по касательной к оси потока, второй — радиально. Направление движения частиц может совпадать с вектором скорости при предельной ориентации. Ориентация всегда нарушается тепловым движением, вследствие чего направление оптической оси исследуемого слоя раствора составляет с направлением потока некоторый угол а, называемый углом угасания яли углом ориентации. Прочность при одновременном разрыве всех химических связей вдоль поверхности разрыва относится к теоретической прочности 0Т (при О К) или к предельной прочности сгп при температурах, отличных от абсолютного нуля. Причина низкой прочности реальных материалов (техническая прочность) заключается в наличии в них микротрещин и других слабых мест (дефектов) структуры. Под действием внешних или внутренних напряжений (I рода) возникают локальные концентрации напряжений, которые при относительно небольших нагрузках могут достигать теоретической прочности структуры. Теоретическая или предельная прочность резин может быть определена как прочность идеальной по своей структуре эластичной полимерной сетки, способной к таким же большим обратимым деформациям, как и реальные резины (500—1500%). Теоретическая прочность эластомеров впре-дельно-ориентированном состоянии [1, 46, 47], очевидно, не может рассматриваться в качестве теоретической предельной прочности резин, поскольку в этом состоянии, так же как и в заетеклованном состоянии, эластомер теряет свою способность к большим деформациям [48, 49].' Расчет предельной прочности для единственного значения < Z, соответствующего некоторому среднему значению густоты сеток резин, применяемых на практике, следует рассматривать в качестве примера, позволяющего оценить некоторый общий средний уровень предельной прочности (как говорилось раньше, оптимальная густота сетки зависит от гибкости цепей и в реальных сетках от их дефектности) . Подход к определению предельной прочности резин, продемонстрированный Приссом [62], лежит в рамках направлений, развиваемых в последние годы, по созданию молекулярной теории прочности высокоэластичных сеток. Прочность реальных сеток, очевидно, в той мере ниже предельной прочности, в какой структура реальных резин менее совершенна, чем структура идеальной сетки. 3.2. Расчет предельной прочности полимеров с учетом влияния неравномерности распределения полимерных цепей но длинамииагрузкам 40 3.2. Расчет предельной прочности полимеров с учетом влияния неравномерности распределения полимерных цепей по длинам и нагрузкам Проанализируем эти данные. Первыми приведены значения теоретической (для идеальных цепей) и предельной (для реальных цепей) прочности, рассчитанные для предельно ориентированного материала, в котором все цепи вытянуты вдоль оси волокна и нагружены одинаково. Эти значения существенно превышают опытные данные о прочности. Далее даны значения предельной прочности, вычисленные с использованием теоретических значений у, рассчитанных с учетом неравномерности на-гружения цепей в аморфных участках волокна. Однако и эти значения оказываются выше экспериментальных, так как относятся к капроновым волокнам без субмикротрещин. В действительности в калроновых волокнах в силу различных причин возникают начальные микротрещины, снижающие прочность. Это видно из более высокого экспериментально определенного значения у = 20,6-10~20 мм3 для капроновых волокон [2.7], соответствующего значения прочности Ор=1,0 ГПа (при 293 К) и коэффициента перенапряжения -л = 12. Коэффициент к состоит из двух множителей: 75, но неясно, к каким структурным состояниям образцов, включая и распределение микротрещин по размерам, относятся данные. Теоретические данные в табл. 3.1 приведены для капронового волокна с (Тр=1,00 ГПа и х=12. Данные расчета для He-ориентированного капрона (к = 25) свидетельствуют о том, что между теорией и данными ИКС имеется согласие. Как следует из метода ИКС, перегрузка цепей XQ оценивается по сравнению с цепями в кристаллических участках, в которых х=1 и ап = = 12,0 ГПа. Так как ио зависит от структуры, а 3— от длины микротрещин, то и является характеристикой не только структуры, но и дефектов. Для неориентированного капрона флукту-ационный объем ОА — 5Д: Ю~20 мм3 (в 3 раза больше, чем для волокна). Отсюда K = y/vA~25,5. С другой стороны, предельная прочность капрона в неориентированном состоянии оп должна быть в 3 раза меньше, чем в ориентированном*, и равна 4 ГПа. Из табл. 3.1 следует, что при использовании экспериментальных данных 0Р = 0,16 ГПа (при 293 К). Следовательно, х = сгт/огр= = 25,0. Итак, оба расчета дают для и совпадающие результаты. Обращает на себя внимание, что значение сгп = 4,0 ГПа совпадает со значением предельной прочности (см. табл. 3.1) по теории Зайцева {3.6]. Это значит, что прочность аморфных областей волокна равна прочности неориентированного полимера. Теперь перейдем к сравнению с экспериментальными данными. Рассмотрим капрон (см. табл. 3.1), для которого в неориентированном состоянии ар = 160 МПа (293 К). В работе [3.30] в качестве аргумента приводятся наибольшие значения прочности 60—400 МПа для неориентированных полимеров. Капрон попадает в этот интервал. Автор концепции утверждает, что приведенные значения прочности далеки от прочности химических связей. И это верно, но вопрос заключается в том, для какого состояния характерны эти цифры: для высокопрочного или низкопрочного. Нет сомнений, что эти цифры соответствуют низкопрочному состоянию неориентированных полимеров, когда разрушение идет по перенапряженным цепям. Для капрона (см. табл. 3.1) коэффициент перенапряжения к = 25 и, следовательно, разрушение надо характеризовать не ар=160 МПа, а значением в 25 раз большим, т. е. 4 ГПа. А это значит, что '/з рвущихся цепей нагружена так же, как и полное число цепей в предельно ориентированном состоянии (12 ГПа). Но 12 ГПа соответствует прочности химической связи ап = 12,9 ГПа в полиамидных цепях, рассчитанной Губановым и Чевычеловым [2.11] (см. UD в табл. 2.1). Поэтому если принять правильные значения прочности в высокопрочном состоянии, то разрыв полимера следует объяснить разрывом химических связей. Для ориентированного капрона ар=1 ГПа (293 К) при коэффициенте перенапряжения, определенном из экспериментального значения у, равном 12. Поэтому перенапряженные цепи, ответственные за процесс разрыва, характеризуются огр = 12 ГПа, что соответствует <т№=12 ГПа — предельной прочности, рассчитанной из энергии разрыва С—N-связи. В описанных моделях напряжения а* в концевой области считаются постоянными и равными либо сопротивлению отрыва (предельной прочности ап) для модели трещины Леонова — Панасюка, либо пределу текучести о? для модели трещины Дагдейла (для стекол '[1.3] сГп^'СГт, и в этом случае две модели эквивалентны). Для полимеров вместо егт надо использовать <гв. Но тогда ап и 0В принципиально различаются, так как определяются разными взаимодействиями: ав — межмолекулярными, а On — валентными. Поэтому для полимеров две модели не эквивалентны. При разрушении линейных полимеров, например полиметилметакрилата, напряжения в концевой области меняются с ростом трещины, но концевой размер X* практически постоянен [4.34 — 4.36]!. В нехрупком состоянии в полиметилме-такрилате образуются крейзы, за ними следуют трещины разрушения. В общем случае при росте трещины один тип трещины может переходить в другой (крейз — в трещину разрушения, вязкоупругая трещина — в хрупкую и т. д.). При этом меняются условия и критерий разрушения. Процессу разрушения поли-метилметакрилатов посвящено исследование Долля '[4.33].  Практически отсутствуют Практически постоянными Практически происходит Практически совпадают Практическое осуществление Получения требуемых Практическом отношении Правильной эксплуатации Правильного чередования |
- |
Навигация