Термины, связанные с цементом. Разрушение начинается

Главная --> Справочник терминов

Разрушение начинается изменение, происходящее в теле (как правило, в техническом узле какого-либо типа), которое делает его непригодным для дальнейшего применения. Разрушение материала является лишь

Бесспорно, что большое число разрывов цепей в процессе механического воздействия [1] само по себе не служит ни доказательством, ни даже указанием на то, что релаксация макроскопического напряжения, деформирование и разрушение материала являются следствием разрыва таких цепей. Как отмечали Кауш и Бехт [2], полученное число разорванных цепей намного меньше (с учетом их потенциальной работоспособности) их числа, необходимого для объяснения уменьшения фиксируемого макроскопического напряжения. Как показано на рис. 7.4, релаксация напряжения в пределах ступени деформирования (0,65%) равна 60—100 МПа. Однако если полагать, что проходные сегменты пересекают только одну аморфную область, то изменение нагрузки, соответствующее работоспособности 0,7-1017 цепных сегментов, разорванных на данной ступени деформирования, составляет 2,4 МПа. Оно будет равным «•2,4 МПа, если проходные сегменты соединяют п подобных областей. В этом и большинстве последующих расчетов будет использована сэндвич-модель волокнистой структуры, подобная показанной на рис. 7.5 (случай I). Очевидно, что в случае п = 1 величина релаксации макроскопического напряжения в 25—40 раз больше уменьшения накопленного молекулярного напряжения, рассчитанного исходя из числа экспериментально определенных актов разрыва цепей. Однако в данном случае также следует сказать, что подобное расхождение результатов расчетов само по себе не является ни доказательством, ни даже указанием на то, что релаксация макроскопического напряже-

Эти формальные расчеты нуждаются в обсуждении. Журков развил свою кинетическую теорию разрушения, исходя из хорошего совпадения между значением ?/о и энергией диссоциации слабейшей связи основной цепи для многих исследованных им (большей частью ориентированных) полимерных материалов. В этой теории предполагается, что все существенные параметры, от которых зависит разрушение материала, не только связаны с разрывом основных связей, но даже регулируются ими, а следовательно, зависят от ?/о и to- В качестве существенных факторов, от которых зависит разрушение мате-

экспериментов отражены на рис. 2.27. При первом нагружении до 120 МПа наблюдается обычная картина нарастания скорости накопления повреждений. После разгрузки и повторного нагру-жения до этой же величины, с каждым циклом интенсивность излучения образца резко уменьшается. Характер изменения акустической эмиссии показывает, что при первом нагружении происходит самое интенсивное разрушение материала. Сначала разрушаются самые слабые волокна и микрообъемы. Если при последующих циклах величина нагрузки не превышает предыдущего значения, то более прочные связи временно сохраняются, и это ведет к кажущемуся упрочнению материала. С каждым циклом из работы выпадает определенное число перегруженных нитей. Этот процесс, очевидно, связан с повреждаемостью материала при повторном нагружении, но не с наличием сухого трения между компонентами. Иначе бы при первых циклах уровень интенсивности излучения оставался постоянным. Характерно, что если увеличить нагрузку после тренировки образца, то к моменту разрушения суммарное число импульсов возрастает по такому же закону, какой наблюдается при первом нагружешш. Если начало кривой 4, иллюстрирующей результат последующего возрастания нагружения (см. рис. 2.27) совместить с концом кривой 1, полученной при первом цикле, то можно получить зависимость, мало отличающуюся от кривых, характеризующих кинетику накопления повреждений при первом возрастающем нагружении. Отсюда ясно, что предыстория нагружения материала имеет первостепенное значение для анализа их повреждаемости. Таким образом, характер интегрального распределения сейсмо-акустических импульсов четко коррелирует с видом и расположением армирования, с видом напряженного состояния и прочностью макрообразцов.

При температуре —195° полимер становится хрупким (предел морозостойкости политрифторхлорэтилена); температура стеклования его составляет —55". Под влиянием длительной нагрузки полимер становится пластичным, причем пластичность возрастает с повышением температуры. При 250—'275° полимер переходит в вязкотекучее состояние, что позволяет изготовлять из него различные детали методом прессования. При 300—315 начинается постепенное разрушение материала. Вначале процесс деструкции вызывает лишь потемнение образца, при более высокой температуре образуются маслообразные продукты распада. Полимеры, получаемые в присутствии небольшого количества ионов серебра, можно перерабатывать в изделия при 290—310 , так как их термическая стойкость выше, чем для обычного политрифторхлорэтилена.

В качестве критерия эрозионной стойкости принималось количество абразива (кг), израсходованного на разрушение материала покрытия до подложки при заданных условиях. Начало разрушения фиксировалось путем визуального осмотра после проведения каждого цикла испытаний (цикл соответствовал воздействию 800 г абразива, пропускаемого за 4 мин).

Шалламахом были поставлены опыты, в которых поверхность резины царапалась небольшой полусферой (диаметр 1 мм) или иглой. Распределение напряжений, вызывающих раздиры, подобные раздирам при царапании резины иглой, изучалось им посредством фотоупругого (поляриметрического) исследования напряжений вокруг зоны контакта при скольжении цилиндра по прозрачной резине. Было установлено, что концентрация напряжений происходит позади площади контакта (на это указывало тесное расположение освещенных монохроматическим светом полос). Так как эта концентрация напряжений должна носить характер растяжения, можно ожидать, что любое разрушение материала при трении имеет вид линий раздира, возникающих позади движущегося тела и расположенных под прямым углом к направлению скольжения; это подтверждается опытом. В первом приближении значение абразивного износа пропорционально нормальному давлению и кривизне абразивного зерна.

Так, если исходить из модели Петерлина — Проворсека, то очевидно, что при растяжении ориентированного полимера вся нагрузка в основном приходится на аморфные прослойки. Поэтому разрушение материала должно происходить главным образом путем разрыва проходных цепей. Соответственно и механические характеристики полимеров, строение которых описывается моделью Петерлина — Проворсека, должны быть существенно ниже теоретически рассчитанных для структуры из полностью ориентированных цепей. Малое число межфибриллярных связей объясняет относительно низкую прочность сильно ориентированных полимеров, в частности волокон в направлении, перпендикулярном ориентации. Схема Петерлина — Проворсека хорошо соответствует поведению ориентированных гибкоцепных кристаллических полимеров. Наличие складок макромолекул в кристаллитах обусловливает трудность достижения максимальных теоретически рассчитанных значений прочности и модуля упругости материала.

Прочность —свойство материала сопротивляться разрушению под действием механических напряжении. Как известно, разрушение материала происходит под действием приложенного внешнего усилия (разрыв в зажимах динамометра, разрушение под действием ударной нагрузки и т. п.), при быстром охлаждении из расплава, когда в нем возникают значительные остаточные (внутренние) напряжения, под действием которых вскоре может произойти растрескивание, и, наконец, под действием внешних сил, когда в образце возникает шейка, хотя в этом случае части образца связаны между собой через шейку, однако целостность образца фактически нарушена.

По мере понижения температуры величина а„ возрастает, так ьак для перегруппировки цепей требуются все большие напряжения. Пока долговечность (сгр. 221) материала при данном напря-жении велика, развивается вынужденно-эластическая деформация. При некоторой достаточно низкой температуре напряжение, необходимое для перегруппировки участков цепи, соответствует уже настолько малой долговечности, что величина а достигает значения хрупкой прочности (tfu — о\р), и происходит хрупкое разрушение материала. Температура, ниже которой полимер разрушается под действием этого напряжения, называется температурой хрупкости (^ц). При тем л ер и ту ре хрупкости предел вынужденно^ эластичности равен хрупкой прочности4.

при 70 °С, но его эффективность снижается при введении фунгицида. При температурах ниже 50 СС фунгицид замедляет гидролитическую деструкцию, а поликарбодиимид, наоборот, может ускорить разрушение материала. Ускоренное разрушение при 25 ГС (экспозиция над водой) заметил и Эйти, но в этом случае не было доказано влияние грибков.

2) разрушение начинается с наиболее опасного дефекта;

Фрикционный износ характерен для высокоэластичных материалов, проявляется в скатывании и возникает при механическом повреждении и разрушении поверхности резины при трении об относительно гладкую поверхность контртела. Фрикционный износ является самым интенсивным и происходит при относительно высоком коэффициенте трения между истирающей поверхностью и резиной. При сильном трении в результате местной деформации истираемой поверхности появляются складки и выступы, разрушение начинается с возникновения трещин, перпендикулярных направлению растягивающего усилия там, где поверхностные слои находятся в сложнонапряженном состоянии и при наибольшем растяжении. Рост трещин происходит под действием относительно небольших усилий. Постепенное раздирание приводит к относительному перемещению слоев в контакте, без общего проскальзывания, образованию скаток и их отделению при значительных усилиях. Наиболее стойки к фрикционному износу резины с высокими прочностью и сопротивлением раздиру.

Известно, что модуль упругости клея на два и более порядка чем у металлов, а его толщина примерно на порядок меньше толщины образцов. Поэтому при нагружении взаимное перемещение склеенных образцов незначительно и сравнимо с их собственной упругой деформацией [101]. При дальнейшем увеличении нагрузки основную роль начинает играть жесткость клея и подложки. Максимальная деформация склеиваемых материалов наблюдается у кромок соединения, а по мере отдаления от них она снижается. Это свидетельствует о неравномерном распределении напряжений [102] вдоль слоя клея. По мере роста нагрузки напряжения концентрируются на концах нахлестки, вследствие чего возникает «пик» напряжений. Значение этого «пика» в зависимости от жесткости клея может в 3—8 раз превышать средние напряжения, возникающие под действием нагрузки. Поэтому разрушение начинается у кромок соединений. Так как края нахлестки более нагружены, чем ее середина, то прочность обычно повышается не пропорционально площади склеивания. Влияние длины нахлестки в соединении стальных образцов, склеенных клеем Аральдит, на прочность показано ниже [103, 104]:

Известно, что модуль упругости клея на два и более порядка иже, чем у металлов, а его толщина примерно на порядок [еньше толщины образцов. Поэтому при нагружении взаимное [еремещение склеенных образцов незначительно и сравнимо с [х собственной упругой деформацией [101]. При дальнейшем 'величении нагрузки основную роль начинает играть жесткость :лея и подложки. Максимальная деформация склеиваемых ма-'ериалов наблюдается у кромок соединения, а по мере отдале-[ия от них она снижается. Это свидетельствует о неравномер-юм распределении напряжений [102] вдоль слоя клея. По мере юста нагрузки напряжения концентрируются на концах на-:лестки, вследствие чего возникает «пик» напряжений. Значе-1ие этого «пика» в зависимости от жесткости клея может в $—8 раз превышать средние напряжения, возникающие под действием нагрузки. Поэтому разрушение начинается у кромок соединений. Так как края нахлестки более нагружены, чем ее се-)едина, то прочность обычно повышается не пропорционально шощади склеивания. Влияние длины нахлестки в соединении стальных образцов, склеенных клеем Аральдит, на прочность юказано ниже [103, 104]:

Рассмотренный механизм разрушения наблюдается как у пространственно-структурированных каучукоподобных полимеров, так и у технических резин, наполненных сажей33»34. Знание этого механизма имеет большое практическое значение для правильного понимания процессов разрушения резино-технических изделий, подвергающихся в эксплуатации длительному действию постоянных или переменных нагрузок. При этом разрушение начинается с медленной стадии разрыва, практически полностью определяющей долговечность изделий. В этом смысле стандартные испытания резин на разрывной машине не отражают истинной картины разрушения изделия в эксплуатации.

Формула (6.6) согласуется с целым рядом экспериментальных данных по термоокислительной деструкции полимеров [35], у которых разрушение начинается с основных молекулярных цепей (полипропилен, полиметил-метакрилат, полиамиды [223, 224] и т. п.), причем наблюдается достаточно интенсивное развитие структурных дефектов [162]. В частности, эта формула применялась для оценки естественного старения поливинилхло-ридного пластиката [80].

Константы АО и U и критическая поврежденность ty*. определяются из эксперимента по тепловому старению. В некоторых случаях эти постоянные можно определить с помощью методов дифференциального термического анализа, рассматривая кинетику пиролиза материала. Реакция термодеструкции ряда линейных термопластов, у которых разрушение начинается со скелетных цепей (полиолефины, полистирол, полиметилметакрилат и т.п.), до 400°С сохраняет нулевой порядок [125], т. е. подчиняется формуле (6.6). В процессе пиролиза поврежденность оценивается по относительному изменению массъ! образца-навески. Аппроксимация изотерм пиролиза прямой (6.6) позволяет определить его скорость (параметр Л), а из анализа температурной зависимости скорости вычисляются постоянные АО и U. Напомним, что в рассматриваемых условиях исходное кинетическое уравнение (5.102) остается справедливым.

При действии агрессивных сред на связующее — полимерную основу композиционных материалов — протекают реакции окисления, гидролиза, дегидратации и др., которые, однако, характеризуются своими особенностями, обусловленными гетерогенностью системы. Разрушение начинается с поверхности раздела полимер — наполнитель вследствие ухудшения их адгезионных свойств, ослабления и нарушения связи между ними. Агрессивная среда может способствовать также вымыванию полимерного связующего. Оба процесса приводят к нарушению структуры композиционного материала. Кроме того, наполнитель (например, стеклянное волокно) и связующее имеют различные термические коэффициенты расширения, поэтому при нагревании изменяются внутренние напряжения, образуются пустоты, поры, трещины и другие дефекты и облегчается диффузия среды в композиционный материал, ускоряется его разрушение.

Разрушение начинается в месте наиболее опасного дефекта.

ного взаимодействия. Если же Нить ориентирована перпендикулярно действию внешней силы или под большим углом, то ее можно выдернуть, последовательно преодолевая силы межмолекулярного взаимодействия. Если полимер не ориентирован, то в нем имеется большое число элементов структуры (макромолекул, фибрилл, ламелей и т. п.), расположенных под большим углом к направлению действия внешней силы. В этих местах разрушение начинается при последовательном преодолении сил межмолекулярного взаимодействия, и материал разрушается тем легче, чем больше таких элементов структуры содержится в неориентированном

Впервые такой подход к анализу экспериментальных данных, иллюстрирующих разрушение твердых тел, был однозначно сформулирован А. П. Александровым и С. Н. Журковым [99]. Согласно развитым ими представлениям, разрыв происходит не одновременно по всей поверхности разрушения, а постепенно. Как в кристаллических, так и в аморфных телах имеются дефекты внутри изделия и на его поверхности. Техническая прочность изделия определяется главным образом его поверхностными дефектами. Разрушение начинается с роста самого опасного дефекта, на котором перенапряжение достигает значения, сравнимого с теоретической прочностью. Затем начинается разрушение в новых дефектных местах. Рост трещин заканчивается разрушением хрупкого тела.

иметь протяженность надмолекулярного размера, иначе механизм разрыва сводился бы к распаду одиночных межмолекулярных связей и соответствовал бы обычному вязкому течению. Одновременно студни обладают большой обратимой деформацией, и собственно хрупкое разрушение начинается после значительной деформации, когда напряжения достигают критических значений.. Это, в свою очередь, свидетельствует о том, что указанные элементы студня со свойствами твердого тела образуют пространственный остов (каркас), допускающий деформацию этих элементов на изгиб. Только при критических нагрузках, когда исчерпана деформация остова на изгиб, возникают большие растягивающие усилия, приводящие к хрупкому разрыву.

Разрушающего напряжения Разрушают прибавлением Разрушения материала Разрушения органических Разрушение эластомеров Разрушение начинается Разрушении полимеров Разветвленный полисахарид Рацемизации оптически