|
|
|
Главная --> Справочник терминов Разрушение происходит Значительное внимание в книге уделено физическим процессам разрыва химических и межмолекулярных связей, вызываемым силовым и температурным воздействиями во времени и приводящим к образованию и развитию трещин. Поэтому разрушение полимеров зависит как от величины напряжения и температуры, так и от времени. Отсюда взаимосвязь допустимых границ напряжений, температур и времен их действия. Каждую из этих границ можно расширить за счет сужения любой другой. Используя спектроскопические методы исследования, автор рассматривает вопросы идентификации спектров свободных радикалов, образующихся при механических воздействиях. Для анализа структуры полимеров и явлений, происходящих в них под нагрузкой, применяются хорошо зарекомендовавшие себя методы электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонансов, современной голографии, а также электронная микроскопия, масс-спектрометрия и малоугловое рентгеновское рассеяние. Совокупное применение этих методов показало, что механическое разрушение полимеров происходит при совместном действии внешней силы и теплового движения. ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДМЕТА ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ 19 ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ 21 ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ 25 Одним из первых приложений теории был расчет течения и диффузии жидкостей, выполненный Гласстоуном, Лайдлером и Эйрингом [43]. Благодаря оригинальной потоковой концепции, представлению о термическом перескоке молекул через энергетический барьер появились различные теории разрушения твердых тел. В качестве основных факторов, влияющих на прочность, Тобольский и Эйринг [44] учли суммарный разрыв вторичных связей, а Журков [45—47] и Буше [48—50] — суммарный разрыв основных связей. Значительное число экспериментальных данных по этому вопросу было учтено в известных монографиях по деформированию и разрушению полимеров Бартенева и Зуева [51], Эндрюса [52] и Регеля, Слуцкера и Томашевского [53]. Ссылка на данные работы обязательна, если используется информация относительно влияния времени и температуры на разрушение полимеров различного состава и структуры при различных внешних условиях нагружения. Выходящие.из капилляра еще пластичные нити дополнительно ориентируют вытягиванием. Охлажденные нити полимера измельчают на короткие волокна и только тогда загружают в прессформы. Сплавление волокон проводят под давлением 120 кг/см2 при 230°. Затем прессформу охлаждают до 120—130° и извлекают отформованные изделия. Ориентированный и отпрессованный материал обладает высокой прочностью. Удельная ударная вязкость его возрастает до 20 кг -см/см* вместо 4 кг -см/см2 для неориентированных отпрессованных изделий, предел прочности при изгибе увеличивается до 1000 кг/см2 вместо 300—400 кг/см- для неориентированного полимера. Высокая прочность поливинилкарбазола, сочетающаяся с его достаточно высокой теплостойкостью (термическое разрушение происходит при температуре выше 400°), позволяет применять этот полимер в качестве заменителя слюды и асбеста. 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 В первую очередь разрываются тепловыми флуктуациями цепи с наименьшей длиной /{, что приводит к увеличению длины аморфной области и перераспределению нагрузок по неразорванным цепям. Нагружаются новые цепи, у которых длина /' оказывается меньше новой толщины аморфной области Ь. Это происходит до тех пор, пока нагрузка на цепь не станет больше критической. Дальнейшее разрушение происходит атермически. По характеру разрушения все полимерные материалы можно разделить на низкопрочные и высокопрочные. Полимеры с низкой прочностью уже до нагружения содержат микротрещины и другие дефекты различной степени опасности. Разрушение таких материалов сводится к прорастанию уже готовых микротрещин. В высокопрочных материалах явных дефектов в виде микротрещин нет, поэтому процесс их разрушения сводится к развитию на слабых (перегруженных) местах структуры множества зародышевых дефектов, которые затем под действием напряжения и теплового движения переходят в микротрещины. Дальнейшее разрушение происходит так же, как и для низкопрочных материалов. Теоретическая прочность существенно зависит от структуры полимера и, в частности, от степени молекулярной ориентации. Для предельно ориентированного полимера при малых молекулярных массах, когда разрушение идет не за счет разрыва химических связей, а путем относительного сдвига полимерных цепей и преодоления межмолекулярных сил, теоретическая прочность зависит от молекулярной массы. При больших молекулярных массах разрушение происходит путем разрыва полимерных цепей. Расчеты прочности последних сделаны пока для полиэтилена и капрона [5]. Для этих полимеров в предельно ориентированном состоянии теоретические прочности в направлении ориентации соответственно равны 3,52-104 и 3,00-104 МН/м2, а в поперечном направлении — 0,26-104 МН/м2 (для капрона). Следовательно, вблизи а = ак и при больших напряжениях разрушение происходит по атермическому механизму. Величина 0К от температуры зависит слабо, так как VK слабо зависит от температуры, как и модуль упругости твердого тела. циклических нагрузках рассмотрены в [9; 11.32]. Закономерности динамической и статической усталости сшитого эластомера, например, одинаковы (соотношение между числом циклов до разрушения N и максимальным за цикл напряжением а при растяжении Nam— = const), но статический режим является более «мягким» по сравнению с динамическим. Несмотря на то что в статическом режиме материал находится все время в напряженном состоянии, его разрушение происходит значительно позже, чем при динамических напряжениях, когда образец находится в напряженном состоянии лишь часть времени. Это объясняется тем, что при периодических нагрузках перенапряжения не успевают отрелаксировать за время каждого цикла нагружения, тогда как при статической нагрузке они с течением времени выравниваются. Для пластмасс релаксация перенапряжений связана с микропластической локальной деформацией в вершинах микротрещин. При увеличении частоты и нагружения возможен переход от квазихрупкого к хрупкому разрушению. При достаточно низкой температуре или больших скоростях разрушения термофлуктуационный механизм не реализуется и разрушение происходит по атермическому механизму. Чем выше температура, тем интенсивнее проявляется термофлуктуационная природа прочности полимеров. При температурах выше температуры стеклования существенное влияние на процесс разрушения начинают проявлять релаксационные свойства (см. табл. 11.2). Так, в высокоэластическом состоянии ведущим процессом в разрушении является не термофлуктуационный разрыв химических связей, а преодоление межмолекулярных сил и процессы релаксации. Это явление подробно рассматривается в следующей главе. Согласно Банну [26], в процессе растяжения под влиянием механических сил кристаллиты извлекаются из сферолитных образований; каждый кристаллит вытягивает за собой другой вследствие их связи друг с другом через молекулу. При дальнейшем растяжении возможно разрушение кристаллитов, которое может в определенных случаях доходить до разделения на отдельные молекулы. Такое разрушение происходит в зоне шейки. После установления параллельного расположения кристаллитов или молекул" они вновь объединяются в более крупные кристаллические образования. Если допустить, что разрушение кристаллов идет до их распада на отдельные молекулы, то можно сказать, что полимер, хотя и не во всей своей массе, но проходит через аморфное состояние, чему способствует также выделение тепла в зоне шейки. В полимерах невысокой молекулярной массы разрушение происходит не столько за счет разрыва химических связей, сколько за счет скольжения молекул, т. е преодоления сил межмолекулярпого взаимодействия С ростом молекулярной массы увеличивается вклад в ат химических связей, н при достаточно высоких значениях молекулярной массы разрушение происходит за счет разрыва в основном химических связей к ат уже н зависит от молекулярной массы. В неориентированных полимерах только часть макромолекул (~'/з) нагружена, поэтому от неориентированных полимеров примерно в три раза ниже от предельно ориентированного полимера. Для них также характерно снижение от с уменьшением молекулярной массы. 2 Разрушение происходит в две стадии, первая связана с медленным ростом начальной микротрещнпы (у*«Ю4 — 10~5 м/с), приводящей к образованию «зеркальной», гладкой зоны разрушения, вторая — с прорастанием первичной и образованием вторичных микротрещнн, распространяющихся в объем (при этом образуется шероховатая поверхность разрушения — «шероховатая» зона) со скоростью, близкой к скорости звука. На первой стадии действует термофлуктуациониый механизм, на второй — • атермический Соотношение этих стадий зависит от растягивающего напряжения, температуры и длины первоначальной трещины. Чем больше о, тем короче первая стадия н. меньше «зеркальная» зона. При о = окр «зеркальная» зона исчезает и разрушение принимает сразу критический характер, т е. идет по атермнческому механизму Поскольку большая часть времени тратится на первую стадию, то прочность тем выше, чем больше доля «зеркальной» зоны.  Расщепление происходит Разрушения химических Разрушения напряженных Разрушения структуры Разрушение кристаллических Разрушение происходит Разрушить добавлением Разветвленных алкильных Разветвленных полимеров |
- |
Навигация