|
|
|
Главная --> Справочник терминов Разрывного удлинения Рис. 12.4. Зависимость логарифма разрывного напряжения эластомера от логарифма скорости деформации растяжения Релаксационные процессы в полимерах определяют их вязко-упругие свойства и влияют на прочностные свойства этих материалов. Влияние релаксационных процессов на разрушение полимеров в высокоэластическом состоянии более существенно, чем в твердом [63]. В связи с этим понять природу процессов разрушения эластомеров и физический смысл наблюдаемых закономерностей можно на пути выяснения прежде всего фундаментального вопроса о взаимосвязи релаксационных процессов с процессом разрушения. Решение этого вопроса было осуществлено в работах [12.17; 12.19], где проведены широкие исследования температурной зависимости комплекса характеристик: релаксации напряжения, вязкости, процессов разрушения (долговечности и разрывного напряжения). Для исследований были выбраны несшитые и сшитые неполярные эластомеры: бутадиен-стирольный СКС-30 (Тс = —58° С) и бутадиен-метилстирольный СК.МС-10 (Тй=—72°С), а также полярные бутадиен-нитрильные эластомеры. Условия опытов охватывали широкий диапазон напряжений и деформаций растяжения и сдвига (несколько порядков величины). Исследования физических свойств проводились для каждого эластомера на образцах, полученных при одних и тех же технических режимах приготовления образцов (переработка и вулканизация). Таблица 12.1. Значения постоянных, входящих в уравнения долговечности и разрывного напряжения, для эластомеров СКС-30, СКСМ-10 и их вулканизатов Разрывное напряжение. С помощью критерия Бейли можно на основании уравнения долговечности (12.2) или (12.3) рассчитать прочностные характеристики при других режимах деформации. Распространенным в практике эластомеров является режим постоянной скорости деформации растяжения v = dB/dt, осуществляемый на разрывных машинах. Применение критерия Бейли приводит (см. [9, гл. 7]) к следующему уравнению для истинного разрывного напряжения: Таблица 12.2. Значения постоянных, входящих в уравнение долговечности и разрывного напряжения, для эластомера СКМС-10 и его вулканизатора активации различных релаксационных процессов и процесса разрушения исследуемых эластомеров в пределах ошибок измерения совпадают и равны 54,5 кДж/моль для СКС-30 и 50,5 кДж/моль для СКМС-10. Из этого следует, что коэффициенты температурной зависимости вязкости, релаксации напряжения и долговечности одинаковы в широком диапазоне приложенных напряжений от 0,1 до 8—10 МПа. Что касается разрывного напряжения, то его температурный коэффициент определяется отношением U/m, где U — энергия активации процесса разрушения, m=l+b, a b — константа, входящая в уравнение долговечности. -------разрывного напряжения 347 Скорость развития эластической деформации. Предположит что к образцу полимера приложено постоянное напряжение, вел] чина которого значительно меныие разрывного напряжения (TJJ ва IX). Если процессы течения при этом не происходят, то пс влиянием приложенного напряжения образец будет постепень удлиняться до достижения определенной длины, не изменяющей больше со временем. Относительная деформация, величина кот! рой не изменяется во времени, называется равновесной высокоэл( стической деформацией и обозначается ЕЭЛ, «=. Равновесная дефО] ыаикя всегда больше любой деформации, развившейся за даннь промежуток времени /(е&л, со>еэл, i). ных да]пшх. Для этого ггсследуют зависимость долговечности от разрывного напряжения при разных температурах. Если эти данные представить в виде зависимости логарифма долговечности от обратной температуры, она выразится серией прямых, при экс-траноляигш сходящихся в одной точке — полюсе^ расположенном яа оси ординат (рис. 101), Очевидно, уравнение этих прямых можно получать, логарифмируя уравнение (5): зависимость Д?/ от разрывного напряжения должна выражаться прямой линией (рис. 102), отсекающей на оси ординат отрезок( равный t/0, с ташенсом угла наклона к оси абсцисс, равным у. Таким способом на основании экспериментальной зависимости долговечности от температуры и напряжения можно определить прочностные параметры полимера C/Q и Y- более низкую прочность из-за уменьшения площади поперечного сечения. На практике часто наблюдается некоторое уменьшение и разрывного напряжения из-за неравномерного действия щелочи, в результате которого образуются участки более глубокого проникновения. Это прежде всего относится к штапельному волокну, так как в местах сгибов извитого волокна наблюдается более сильное воздействие щелочи. Пряжа, выработанная из штапельного волокна, имеет дополнительную потерю прочности после воздействия щелочью вследствие уменьшения сцепления элементарных нитей при их утонении. Комплексная нить имеет меньшую потерю прочности, поскольку трение между элементарными нитями не имеет такого значения, как в пряже. Естественно, что сегментированные эластомеры могут иметь трехмерную структуру. Однако увеличение концентрации химических поперечных связей неизбежно уменьшает взаимодействие в жестких сегментах, а последнее влечет за собой снижение твердости, механической прочности и разрывного удлинения. Особенности пространственной структуры этих полимеров определяют поведение их при воздействии температуры. При повышенных температурах сетка разрушается, и эластомеры проявляют все признаки термопластичности. 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 дела прочности при растяжении, модуля упругости, разрывного удлинения, диэлектрической проницаемости и др.) от продолжительности старения при различных температурах [9, 10J. В результате ориентации макромолекул мы получили увеличение разрывной прочности при одновременном снижении разрывного удлинения. По сравнению с пределом текучести исходного полимера выигрыш полный: увеличилась прочность при разрыве по сравнению с от и удлинение при разрыве по сравнению с вт. Важно также то, что в результате ориентации работа разрушения оказывается много больше работы упругой деформации исходного образ-ла (до предела текучести). Соответствующие площади под кривыми показаны на том же рисунке 12.16, а. Большое значение для повышения прочности нити из искусственного или синтетического волокна, предназначенной для изготовления прочных технических тканей, имеет вытягивание этих нитей. Вытягивание вискозной нити на 60 — 100% производится в свежесформированном состоянии; для этого служат специальные вытяжные приспособления, которые установлены непосредственно на прядильной машине. При получении полиамидной и полиэфирной кордной нити дополнительное вытягивание сформованного волокна производится иногда при повышенной температуре на крутильно-вытяжных машинах. Степень вытягивания полиамидного волокна достигает 300 — 400% . В результате вытягивания волокна происходит значительное повышение степени продольной ориентации молекул в волокне, что приводит к резкому повышению прочности волокна, снижению разрывного удлинения, к повышению начального модуля, к повышению теплостойкости волокна и его плотности, а также к снижению гигроскопичности. В результате привитой полимеризации подавляются или даже полностью устраняются такие отрицательные свойства полипропилена, как недостаточная стойкость к термоокислительной и световой деструкции, низкая гидрофильность, плохая окрашиваемость, малая ударная прочность в области температур ниже 0° С, значительное падение прочности и повышение разрывного удлинения в условиях повышенной температуры, а в случае волокнистого материала, кроме того, улучшаются качество на ощупь (гриф) и перерабатываемое^ в изделия. Отсюда понятно, что модификация полипропилена, в особенности предназначенного для изготовления изделий с большой поверхностью (например, пленок и волокон), приобретает важное техническое значение. 2. Образцы для испытания на разрыв подвергают нагреванию при заданной температуре. Через определенные промежутки времени по изменению механических свойств образцов определяют степень деструкции. Ее наиболее чувствительной мерой служит изменение разрывного удлинения. Хотя современные аппараты для ускоренного светового старения оснащены лампами со спектром излучения, близким к спектру солнечного света, естественное старение на солнце продолжает оставаться самым надежным методом оценки светостойкости полимерных материалов. За ходом атмосферного старения обычно следят по снижению разрывного удлинения образцов, Окисление полипропилена сопровождается снижением молекулярного веса и, как следствие, ухудшением механических показателей, в частности разрывного удлинения и предела текучести материала. При интенсивной окислительной деструкции полимер становится хрупким и не выдерживает даже небольших механических нагрузок. Horo значения, поскольку эти волокна не вытягивают при максимально возможных кратностях вытяжки. Это более важно при производстве технических нитей, от которых в первую очередь требуется высокая прочность. Если прочность 550—600 мН/текс при оптимальной (с точки зрения стабильности процесса вытягивания) кратности вытяжки достигается при любой величине двойного лучепреломления невытянутого волокна, то прочность 700— 750 мН/текс достигается при более высокой степени предориентации. Было показано [76], что равнопрочные волокна, имевшие большую предварительную ориентацию, получаются при более низких кратностях вытяжки (рис. 5.29); при этом кратности могут и не быть предельными. Зависимость разрывного удлинения от предварительной ориентации и кратности вытяжки имеет более сложный характер, поскольку даже небольшая разница в молекулярной массе оказывает влияние на эластичность волокна. Но общим является то, что волокна с близкими значениями удлинений имеют большую прочность, если они получены из волокна с более высокой степенью предориентации (рис. 5.30). Рис. 5.30. Зависимость разрывного удлинения L от кратности вытяжки волокон с различной степенью предориентацип. Обозначения см. рис. 5.29  Разнообразной структуры Разогретая резиновая Разрывным напряжением Расщепление фуранового Разрывного удлинения Разработаны различные Разработано несколько Разработан промышленный Разработки технологии |
- |
Навигация