Термины, связанные с цементом. Пространстве напряжений

Главная --> Справочник терминов

Пространстве напряжений Оказалось, что наиболее хорошими товарными свойствами обладает изотактическая форма полипропилена. Полипропилен, полученный на катализаторах Циглера-Натта, до 95 % состоит из изотактичес-кой структуры, т.е. катализатор, как было сказано выше, позволяет регулировать и пространственную структуру полимеров, а значит, и их свойства. Катализаторы назвали именами Циглера-Натта, а оба ученых в 1963 г. получили Нобелевскую премию, т.к. это открытие произвело подлинную революцию в промышленности.

При полимеризации в соотношении фенол : формальдегид 100 : 45 (в присутствии 1... 1,5 % NaOH) получаю!-резальные смолы, которые имеют разветвленную пространственную структуру и при нагревании твердеют, образуя резиты.

Макромолекулы синтетических полимеров могут иметь линейную, разветвленную или пространственную структуру.

Процесс окисления полихлоропрена отличен от процесса окисления полиизопрена или полибутадиена и сопровождается отщеплением хлористого водорода. Это приводит к возникновению в полихлоропрене двойных связей, способствующих развитию последующих процессов окисления и структурирования полимера. В результате этих реакций поли-хлоропрен приобретает пространственную структуру, при этом дальнейшая диффузия кислорода в глубь по-

Присутствие звеньев I формы придает полимеру пространственную структуру.

1) эластомеры — полимеры, имеющие пространственную структуру, образованную трехмерной молекулярной сеткой, прочными зацеплениями или микрокристаллическими участками; температура стеклования эластомеров удовлетворяет условию Tg + 75 °С <: <• т

Отдельные кристаллы состоят из элементарных ячеек, простейших упорядоченных элементарных объемов, пространственное повторение которых образует монокристалл. Таким образом, элементарная ячейка позволяет судить о том, как молекулы упаковываются в кристалл. Элементарная кристаллографическая ячейка полиэтилена имеет орторомбическую пространственную структуру (рис. 3.3). Это означает, что такая ячейка может быть охарактеризована размерами трех взаимно перпендикулярных осей a, b и с, имеющихТразличную длину. Ось с совпадает с направлением осей, складывающихся в единичный Т кристалл молекул полиэтилена. Таким образом, при одноосном растяжении мерой молекулярной ориентации может быть величина^угла, образованного^кристалло-графической *осью**с направлением растяжения. В поликристаллических структурах приходится определять среднее значение этого угла для^всего ансамбля имеющихся кристаллитов (единичных

В отличие от углерода элементарный кремний может взаимодействовать при нагревании с галогенами (с фтором даже при комнатной температуре), с водой в присутствии следов щелочи. По-разному ведут себя эти элементы и при окислении. Углерод окисляется энергично с выделением летучих низкомолекулярных продуктов {CU2 и СО), а кремний — с образованием полимерной окисной пленки. Процесс окисления кремния идет медленно и при полном окислении как элементарного кремния, так и его соединений (моно-мерного и полимерного характера) образуется кремнезем, имеющий пространственную структуру:

Иногда элементарные звенья, имея одинаковый химический состав, различаются по своему пространственному строению. В этом случае вся макромолекулярная цепь будет состоять из многократно повторяющихся участков, имеющих совершенно одинаковую пространственную структуру. Такие участки называются периодами идентичности. Они определяют расстояние между двумя одинаково расположенными в пространстве группами или атомами. Классическим примером высокомолекулярных соединений, у которых разные периоды идентичности обусловлены различной пространственной структурой (строением), несмотря на одинаковый химический состав элементарных звеньев, являются натуральный каучук и гут-

и в случае вязкого течения, что разрушение и образование доченных микроблоков, связанных свободными цепями в единую пространственную структуру, происходит посредством индивидуального отрыва или прилипания сегментов как отдельных кинетических единиц. Связанные таким образом сегменты (сегменты цепей, входящих в микроблоки) сцеплены несколько сильнее свободных, поэтому и энергия активации Я-процессов больше, чем а-процесса. Ввиду того, что разрушение микроблоков происходит посегментально, значения энергии активации всех трех Х-процессов медленной стадии физической релаксации напряжения относительно малы. Так как энергия активации этих трех процессов в пределах ошибки измерения одинакова, то для микроблоков всех размеров связанные сегменты практически одни и те же. Так как процесс отрыва — прилипания многократный, то время жизни упорядоченных микроблоков велико по сравнению со временем жизни свободных сегментов, а, следовательно, соответствующие времена релаксации значительно больше времени релаксации а-процесса, хотя энергии активации при этом различаются мало.

Структура и релаксационные свойства резин — саженаполнен-ных вулканизатов каучуков — еще сложнее. Деформационные свойства саженаполненных резин могут быть описаны моделью, в которой каучуковая часть резины состоит из двух составляющих: мягкой и твердой (см. гл. I). Мягкая составляющая по структуре идентична ненаполненному сшитому каучуку, структура которого рассматривается как состоящая из упорядоченной и неупорядоченной частей. Первая представляет собой совокупность элементов надмолекулярной структуры — упорядоченных микроблоков, связанных в единую пространственную структуру с неупорядоченной частью и состоящих из свободных полимерных цепей и сегментов. Вторая представляет собой объем связанного, т. е. адсорбированного на частицах наполнителя, слоя каучука. Этот адсорбированный слой каучука менее эластичен, чем каучук в мягкой составляющей. В целом сажекаучуковая часть резины состоит из частиц наполнителя, образующих макросетчатую пространственную структуру, и твердой составляющей каучука, связанной с частицами наполнителя. Подвижности сегментов, находящихся в адсорбированном слое каучука, соответствует на рис. П. 14 а'-процесс. В ненаполненной резине а'-процесс не наблюдается. Более медленные процессы релаксации ф и б объясняются подвижностью самих частиц сажи и химических узлов сетки резины.

(температура 7, скорость деформирования г или наличие окружающей среды) выбраны постоянными, то ослабления следует ожидать, когда составляющие произвольно направленного напряжения (обычно рассматриваются составляющие по трем основным осям Оь 02 и 03) образуют такую комбинацию, что определяемая величина достигает критического значения С. В зависимости от Т и е С может принимать различные значения. Условие /(
В данном случае 0* рассматривается в качестве основной характеристики материала, которая может быть определена, например, при испытании на растяжение. Согласно теории Рэнкина, в пространстве напряжений поверхность ослабления является кубом. При большем критическом значении а*, если одна из компонент напряжения является сжатием, эта теория принимает несколько иной вид. Поверхность ослабления материала снова представляет собой куб, но с центром, смещенным относительно начала координат.

Из других расчетов наилучшее совпадение с экспериментом получено для критериев Хубера—Мизеса—Хенки и Кулона. Поверхность ослабления в пространстве напряжений, описываемая выражением (3.9), представляет собой цилиндр с осью вдоль пространственной диагонали. Проекции этого цилиндра на плоскость (аи а2) являются эллипсами, симметричными относительно начала координат. Один такой эллипс показан на рис. 3.5. Поверхность ослабления, соответствующая критерию Кулона, имеет форму конуса. Его проекции на плоскость (аь 02) также являются эллипсами, которые, однако, смещены относительно начала координат. По-видимому, в экспериментах по вынужденной эластичности при двуосном нагружении

трубчатых образцов из ПММА [23, 33], ПВХ [26, 27], ПК [27], ПС, ПЭ, ПП, ПА, сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола и ацетобутирата целлюлозы [33] эллиптические проекции являются наилучшими из известных критериев ослабления. В случае разрушения без следов вынужденной эластичности при произвольно направленном нагружении получены эллиптические и параболические проекции, соответствующие конусу или параболоиду в пространстве напряжений [30, 33]. В любом

Систематическое изучение влияния напряженного состояния на долговечность труб из ПВХ было выполнено Смотриным и др. [151]. Они установили, что при небольшой долговечности (при напряжениях 50 МПа) простой критерий Ренкина а<а* описывал их данные по ослаблению образцов в двумерном пространстве напряжений. Однако с увеличением долговечности более подходящим оказывался критерий Мизеса. Готхем [150] изучал одноосное ослабление при ползучести 15 различных полимерных материалов при 20°С. В интервале значений времени до 107 с он наблюдал хрупкое ослабление образцов ПММА, изготовленных путем инжекции расплава, ПС, сополимера стирола с акрилонитрилом, стеклонаполненного ПА-66 и пластическое ослабление образцов ПП, ПММА, изготовленных путем формования, ПК, ПСУ, ПВХ, сополимера акрило-нитрила, бутадиена и стирола, ПОМ, ПА-66 и поли(4-метил-пентена-1).

собственное состояние coi перейдет в шаровой тензор (что в пространстве напряжений соответствует всестороннему давлению, в пространстве деформаций — всестороннему растяжению — сжатию) ; кроме того, coni — базис в множестве сдвигов в плоскости Orz, CL»IV — базис в множестве сдвигов в плоскости 09z, дара ((Ov, fflvi) — базис в множестве сдвигов в плоскости OrQ.

Тензор напряжений принято геометрически изображать точкой в шестимерном пространстве напряжений, когда по шести

ортогональным осям откладывают шесть значений компонент данного тензора. Процесс перехода от ненагруженного состояния до некоторого значения тензора напряжения в шестимерном пространстве напряжений изобразится кривой, называемой «путем нагружения». Если путь нагружения изображается лучом — прямой, исходящей из начала координат, то это будет простой путь нагружения. Малмейстер рассматривает методы определения тензоров прочности, полученных вследствие только простого нагружения при постоянной температуре. Другим ограничением являются пределы скорости нагружения.

Если процесс нагружения простой и нагружение проводится равномерно с постоянными скоростями роста напряжения ахх, ауу, azz, ozy, azx, axy, то матрицы взаиморасположения осей а, р\ i, 7, а также осей i, / и a, b не меняются во времени, а остаются постоянными в течение всего процесса, путь нагружения в шестимерном пространстве напряжений изображается лучом, исходящим из начала координат, а тензор прочности определяется шестью функциями, зависящими от значения напряжений в момент разрушения, и значениями двух постоянных матриц. Выражение (П. 9) тогда примет вид

простого, равномерного и статического нагружений, определяется шестью функциями (см. выражение 11.11) от температуры и значения времени, прошедшего от начала нагр ужения до разрушения, шестью компонентами постоянных скоростей и изменениями компонент напряжений и значениями двух матриц, определяющих взаиморасположение осей нагр ужения, главных осей напряжений и осей материала. Число возможностей осуществления простых путей нагружения бесконечно. В зависимости от соотношений значений скоростей изменения напряжений ахх, ауу, . . ., аху имеются различные значения тензора прочности. Если функции /ар в выражении (II. 11) известны, то выражение (11.11) становится уравнением поверхности в шестимерном пространстве напряжений, в котором каждая точка поверхности определяет тензор прочности, соответствующий одному виду простого нагружения. Поверхность, описываемую уравнением (II. 9), называют поверхностью прочности. Опытным путем определяют поверхность прочности для частных случаев простого нагружения, затем описывают эту прочность математической зависимостью и, если это удается, получают феноменологическое представление о функциях /ар.

Для описания поверхности прочности А. К. Малмейстер избрал тензорный способ. Поверхность прочности он изобразил в шестимерном пространстве напряжений, тогда уравнение поверхности прочности может быть записано в виде

Пространственно незатрудненных Пространственно затрудненным Пространственно затрудненное Пространстве напряжений Протяжении нескольких Протекает энергично Протекает аналогичным Протекает исключительно Плавления различных