|
|
|
Главная --> Справочник терминов Разрушению полимеров При повышении напряженности электрического поля, приложенного к диэлектрику (в области полей 10Ч-108 В/см), наблюдается увеличение электропроводности диэлектрика. Ток возрастает с напряжением примерно экспоненциально и затем при некотором значении напряженности поля увеличивается скачком до очень больших значений — происходит пробой диэлектрика. Протекание больших токов ведет к разрушению материала; диэлектрические свойства, как правило, после снятия напряжения не восстанавливаются. При пробое диэлектрика его электропроводность резко возрастает и диэлектрик становится проводником. Значение напряженности электрического поля (?Пр), при которой происходит пробой диэлектрика, называется электрической прочностью. Различают три основные формы пробоя твердых диэлектриков. разрушению материала анода (меди), возникла необходимость ния дуги приводит к интенсивному разрушению материала Роль плазмы в процессе травления состоит в образовании активных частиц и излучения высокой энергии, которые способны изменить поверхность подложки в результате химических реакций [93]. Энергия ионов и электронов разряда, которые попадают на поверхность травления, зависит от потенциала в области разряда, потенциала протравливаемой поверхности и потенциала электрода [94]. Потенциал протравливаемой поверхности по отношению к потенциалу плазмы (от единиц В до 1 кВ) всегда отрицательный, и подложка, следовательно, бомбардируется положительными ионами, что ведет к разрыву поверхностных химических связей, а в некоторых случаях к распылению поверхностного слоя или радиационному разрушению материала [95]. Прочность резин определяется энергиями связей между элементами структурной сетки. Реальная прочность резин всегда меньше теоретической, рассчитанной по энергиям связей, поскольку даже в резине высокого качества имеются микродефекты, возникающие из-за неоднородности и неравномерности пространственной структуры (перенапряжения наиболее коротких отрезков макромолекул между мостиками при деформации), механических включений, воздушных пузырей, тепловых и механических воздействий в процессе производства изделий и т. д. ; Очаг разрушения, который постепенно разрастается и приводит к полному разрушению материала, появляется в участках, имеющих дефекты, за На участке хрупкого разрушения вид напряженного состояния фактически не влияет на параметры уравнения (6.96), хотя при k=-\ параметр а достигает относительней) максимума, обусловленного максимальным значением коэффициента концентрации напряжений. На рис. 6.16, а показана также идеализированная зависимость параметра а от коэффициента k. Качественно она согласуется с экспериментом [70]. При & = 0 (02=0) и & = 4 (фактически также одноосное растяжение) значение а минимально, поскольку здесь полностью проявляются релаксационные процессы, сопутствующие вязкому разрушению. При k=i\ параметр а формально достигает максимума, соответствующего хрупкому разрушению материала. В результате появляется возможность прогнозирования длительной хрупкой прочности. Рассмотрим один экспресс-метод. Проэкстраполируем участок хрупкого разрушения (см. рис. 6.16,6) для k=l до пересечения с ординатой, соответствующей пределу текучести. По данным работы [70], ат=11,5 МПа при скорости При повышении напряженности электрического поля, приложенного « диэлектрику, наблюдается увеличение его электропроводности. Сила тока возрастает с напряжением примерно экспоненциально и затем при некото-рам значении напряженности поля увеличивается скачком до очень больших значений — происходит пробой . диэлектрика. Протекание больших токов ведет к разрушению материала. Диэлектрические свойства, как правило, лосле снятия напряжения не восстанавливаются. При пробое диэлектрика его электропроводность резко Тензор прочности, т. е. тензор предельных напряжений, предшествующих непосредственно разрушению материала после Так как при квазиравновесном способе деформации все модельные вулканизаты характеризуются равными значениями разрушающего напряжения, а существенное различие в энергиях межмолекулярного взаимодействия (оцененное количественно) при таком способе испытания на разрушающем напряжении не сказывалось, то это дает основание утверждать, что при таком способе испытания ответственными за сопротивление разрыву являются в основном химические связи. Значение разрушающего напряжения ах, определенное при деформировании квазиравновесным способом, характеризует противодействие химических связей разрушению материала. Принимают, что в процессе ползучести работа деформации не запасается в форме упругой потенциальной энергии, а рассеивается в виде тепла. Такая рассеянная работа растяжения не может привести к хрупкому разрушению материала или к его пластическому течению, даже если соответствующие пределы будут превзойдены. Был сделан вывод о том [339, с. 12], что динамическая теория прочности должна быть термодинамической теорией. Пусть w — работа растяжения, 6 — часть внутренней энергии, которая может быть превращена в работу, и D — связанная рассеянная энергия (вес на единицу объема). Тогда первый закон термодинамики принимает вид т. е. напряжение, при котором происходит разрушение материала, возрастает с увеличением скорости деформации. В дальнейшем будет показано, что это утверждение согласуется с экспериментом. Обозначим через Sp (CT) напряжение, соответствующее разрушению материала при статических испытаниях, т. е. при исчеза-юще малой скорости деформации. Тогда Здесь будут рассмотрены предельная деформация цепей, кинетика образования свободных радикалов механическим путем и их реакций, начало роста и распространение обычных трещин, трещин «серебра», а также дано объяснение сопротивления и критического коэффициента интенсивности напряжений и удельной энергии разрушения с точки зрения представлений о молекулярной структуре. Хотя основной интерес представляют именно эти вопросы, оказалось невозможным привести всю литературу по перечисленным проблемам. Автор заранее просит извинить его за все намеренные и случайные пропуски, которые будут обнаружены. Во всяком случае, в этой книге упоминается известная литература по морфологии, вязко-упругости, деформативности и разрушению полимеров. Надеюсь, что для объяснения разрушения полимеров с точки зрения молекулярных представлений она будет полезным дополнением к данной монографии. 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. Область нехрупкого разрушения полимеров ф Теория перехода от хрупкого в нехрупкое состояние ф Два подхода к квазихрупкому состоянию полимеров ф Применение термофлуктуационной теории к квазихрупкому разрушению полимеров Область нехрупкого разрушения полимеров ф Теория перехода от хрупкого в нехрупкое состояние ф Два подхода к квазихрупкому состоянию полимеров ф Применение термофлук-туационной теории к квазихрупкому разрушению полимеров 11.11.4. Применение термофлуктуационной теории к квазихрупкому разрушению полимеров Вода в полимерах способствует протеканию гидролиза н Других химических реакций, облегчает подвижность структурных элементов, что может привести к их разрушению, часто способствует разрушению полимеров под действием плесени. С водой • в полимер попадают различные растворенные в ней примеси. Поэтому при изготовлении изделий из полимеров тщательно -Контролируют н регулируют влажность полимеров и всех дру- Таким образом, разрушению полимеров предшествует сложное местное видоизменение материала, включающее частичное его расслоение и частичную деформацию. Следствием [этого обстоя - Рассмотренные физические результаты, за исключением более общего выражения (5.42), относятся только к хрупкому разрушению полимеров (твердые термопласты, реактопласты) при одноосном нагружении в различных средах. Для сложного напряженного состояния возникает проблема критерия прочности. В рассматриваемой работе [15] впервые дано количественное описание временной или скоростной зависимости прочности в непосредственной связи с механизмом разрушения. В этом виде временная зависимость прочности развивалась в систематических исследованиях С. Н. Журкова, В. Р. Регеля, А. И. Слуцкера, Э. А. Томашевского и др. [10, с. 1677; 11, с. 1992; 12, с. 53; 30, с. 287]. Особую роль в теоретическом обосновании приведенной зависимости, применительно к разрушению полимеров, сыграли исследования Г. М. Бартенева, в которых он впервые показал возможность получения этой зависимости, используя выражения частоты флуктуационного разрушения и восстановления связей в результате теплового движения [12, с. 53]. Представление о переходе от хрупкого к пластическому разрушению является весьма существенным при обсуждении механических свойств металлов. Совершенно очевидно, что для полимеров положение оказывается гораздо более сложным уже потому, что здесь существует четыре, а не две области, в которых механическое поведение материала различно. Тем не менее представляет значительный интерес обсудить факторы, влияющие на переход от хрупкого к пластичному разрушению полимеров, а затем рассмотреть другие факторы, обусловливающие возникновение шейки и процесс холодной вытяжки. ходимо учитывать влияние больших напряжений, которые наблюдаются в местах концентрации напряжений. Напряжение, действующее на связь, становится столь велико, что оно влияет на энергию активации, снижая ее. Время ожидания флуктуации уменьшается и в формуле (5.1) U следует записать в виде: U = U0—f(a). По данным Журкова с сотр. [5.4], приближенно можно считать, что f(o)=Y°> где ^— так называемый структурный коэффициент, существенно зависящий не только от природы материала, но и от его структуры. Этот результат применим к разрушению полимеров в твердом состоянии (хрупком и квазихрупком) и не применим к разрушению некристаллизующихся эластомеров, для которых f (0) =0. Из статистической теории следует, что чем больше объем (или поверхность) образца, точнее, чем больше напряженная область материала, тем меньше прочность. Это наглядно демонстрируется опытами по разрушению полимеров и стекол при вдавливании индентора [8.22, 8.23] .  Разрушения эластомеров Разрушения надмолекулярных Разрушения полимеров Расщепление рацематов Разрушение полимерных Разрушению полимеров Разветвленные макромолекулы Расщепление различных Разветвленными радикалами |
- |
Навигация