|
|
|
Главная --> Справочник терминов Сжимающих напряжений Правило знаков было установлено в гл. 5 (сжимающие напряжения считаются положительными, а растягивающие — отрицательными). Растрескивание полимерных материалов в значительной степени зависит от способа их переработки, Наибольшее растрескивание вызывают растягивающие напряжения, оставшиеся в материале после прессования или других технологических операций. Так, погружение образца полистирола (в поверхностном слое которого действуют растягивающие напряжения) в растворитель приводит к растрескиванию, в то время как образцы, в поверхностном слое которых действуют сжимающие напряжения, при тех же условиях не растрескиваются, Предварительный отжиг полимерного материала всегда повышает стойкость его к растрескиванию. Растрескивание полимерных материалов в значительной степени зависит от способа их переработки. Наибольшее растрескивание вызывают растягивающие напряжения, оставшиеся в материале после прессовании или других технологических операций. Так, погружение образца полистирола (в поверхностном слое которого действуют растягивающие напряжения) в растворитель приводит к растрескиванию, в то время как образцы, в поверхностном слое которых действуют сжимающие напряжения, при тех же условиях не растрескиваются. Предварительный отжиг полимерного материала всегда повышает стойкость его к растрескиванию. Растрескивание полимерных материалов в значительной степени зависит от способа их переработки. Наибольшее растрескивание вызывают растягивающие напряжения, оставшиеся в материале после прессования или других технологических операций. Так, погружение образца полистирола (в поверхностном слое которого действуют растягивающие напряжения) в растворитель приводит к растрескиванию, в то время как образцу, в поверхностном слое которых действуют сжимающие напряжения, при тех же условиях не растрескиваются. Предварительный отжиг полимерного материала всегда повышает стойкость его к растрескиванию. Некоторый эффект повышения прочности этим путем наблюдается и на пластмассах. Например, показано36, что прочность закаленного полистирола, на поверхности которого были созданы сжимающие напряжения, увеличивалась на 20%. Уменьшение растягивающих напряжений может быть достигнуто таким изменением конструкции изделия, при котором создавались бы поверхностные сжимающие напряжения. Подобные напряжения могут возникать также в результате набухания поверхнсстнсго слоя. Физически это значит, что только увеличение межатомных расстояний снижает потенциальный барьер раз- ? рыва связи. Естественно, что это относится к локальным связям. Поэтому, например, при макроскопическом линейном сжатии может возникнуть и развиться разрушение в местах, в которых из-за структур- f ных неоднородностей связи оказа-~"ЛИСБ~~ растянутыми. "В принципе же сжимающие напряжения, по мнению Рис. V.12. Схематическая мо-авторов, вызывать разрушение не ДЙ1Ь трехмерной сетки [497]. должны. ному и в клеевом соединении наряду со сдвигом вдоль оси действуют сжимающие напряжения. Исследования этого явления, выполненные на цилиндрических образцах (рис. IV. 4, д) из нержавеющей стали Х18Н9Т (внутренний диаметр 50 мм, толщина стенки 2 мм), показали, что прочность клея (ВК-1) при сдвиге в условиях действия внутреннего давления, вызывающего сжа-^ тие клеевого слоя, и наличия даже пластических деформаций в металле (т. е. в условиях сдвига со сжатием), возрастает до 45— 50 МПа при комнатной температуре (исходная прочность 15 — 20 МПа). Следовательно, в некоторых участках структуры и внутри системы сжимающие напряжения могут неожиданно сменяться растягивающими. Очевидно, что поскольку исходная призма превращается в ромб, диагональ DB растягивается на величину DB'—DB, а диагональ АС сжимается. Эти деформации приводят к тому, что вдоль соответствующих направлений действуют растягивающие (или сжимающие) напряжения. Очевидно, что величина этих напряжений будет тем больше, чем больше величины деформаций. Их ориентация также зависит от величины деформаций, поскольку в исходном положении угол BDC равен л/4. Очевидно, что поскольку исходная призма превращается в ромб, диагональ DB растягивается на величину DB' — DB, а диагональ АС сжимается. Эти деформации приводят к тому, что вдоль соответствующих направлений начинают действовать растягивающие (или сжимающие) напряжения. Очевидно, что эти напряжения будут тем больше, чем больше деформации. Их ориентация Рассмотрим два одинаковых устройства, каждое из которых состоит из цилиндрического сосуда с вращающимся внутри него стержнем; один из них содержит ньютоновскую жидкость (рис. 6.2, а), в другом расплав полимера (рис. 6.2, б). При вращении стержня в ньютоновской жидкости около него возникает вихрь. Это явление можно объяснить центробежными силами Р, которые отбрасывают жидкость вдоль радиуса г от стержня, т. е. Р (г2) > Р (ri) при г 2 > гх. Профиль поверхности расплава полимера в другом сосуде совершенно иной: жидкость «наползает» на вращающийся стержень. Такое движение противоположно движению, вызываемому центробежными силами. Более того, это явление, называемое эффектом Вайссенберга *, наблюдается даже при низких скоростях вращения стержня. Часто его объясняют появлением так называемых сжимающих напряжений. При вращательном движении жидкости полимерные молекулы ориентируются, но они стремятся вернуться в состояние статистических клубков, это приводит к возникновению круговых напряжений, смещающих слой жидкости по направлению к валу. отношению к среднемассовому расходу (5.1-23); J (0 — зависящая от времени податливость при ползучести (6.4-4); Jn — функция Бесселя n-го порядка (табл. 9.1); k — коэффициент теплопроводности; константы в уравнении Стефана—Ньюмана (9.3-34); отношение сжимающих напряжений в горизонтальном и вертикальном направлениях в бункере (8.7-2); коэффициент сопротивления головки (12.1-4); ka, km — коэффициент теплопроводности твердого полимера и полимера Создание поверхностных сжимающих напряжений путем наклепа металла или закалки стекол и пластиков используется как метод увеличения их сопротивления образованию трещин и повышения прочности. Сопротивление резин озонному растрескиванию может быть повышено аналогичным образом—путем создания сжимающих напряжений при набухании поверхностного слоя резины или чисто механическим путем. Во всех случаях при наличии деформации растяжения трещины развиваются перпендикулярно направлению действующей силы. На рис. 149 показан внешний вид образцов резин, подвергнутых деформации кручения в присутствии озона, подтверждающий это положение. Аналогичный вид имеют коррозионные трещины, образующиеся на 18—2505 Неясно также, почему скорость роста надреза не является функцией напряжения, так как временная зависимость прочности полимеров неизбежно должна сказаться и в этом случае. Очевидно, учитывая большую ошибку в определении скорости роста надреза (±20%), правильнее считать, что в работе не удалось обнаружить этой зависимости. Тем не менее работа Брайдена и Гента16 представляет определенный интерес. Использованный ими метод позволяет в более простом виде установить закономерности развития трещин, и, кроме того, он имеет практическое значение, так как в значительной степени воспроизводит озонное растрескивание резин, содержащих воскообразные вещества. В этой работе не исключена возможность методической ошибки из-за набухания поверхностного слоя резины в силиконовой смазке и создания сжимающих напряжений, препятствующих растрескиванию вплоть до достижения определенного растягивающего напряжения, превышающего сжимающее. 1. Уменьшение растягивающих напряжений и создание сжимающих напряжений в поверхностном слое материала. Ввиду того что интенсивное разрушение, сопровождаемое растрескиванием, происходит только при наличии растягивающих напряжений, одним из методов замедления разрушения является уменьшение растягивающих или создание сжимающих напряжений в поверхностном слое. Этот метод применяется в производстве стеклянных33 (закалка стекла) и металлических3*' № Для создания сжимающих напряжений цилиндрические образцы резины (диаметр 40 мм, толщина стенок 1,4 мм для СК.С-30 и 46 мм и 2,6 мм для СКВ) после вулканизации разрезались вдоль оси и склеивались по внутренним поверхностям. В полученной двухслойной плоской пластине оба внешних слоя были сжаты примерно на 3—4% у СКС-30 и на 5—6% у СКВ. Испытания этих пластин, изогнутых на трубке диаметром 30 мм (СКС-30) и 40 мм (СКВ), показали, что на стойкость к озонному растрескиванию сильно влияет характер внутренних напряжений в пластине и что при наличии сжимающих напряжений стойкость их сильно увеличивается37 (табл. 28). Соотношения сил притяжения и отталкивания, все их изменения и переходы значений их равнодействующей показаны известным графиком [16—19], приведенным на рис. 2. Здесь видно, каким из указанных соотношений отвечают напряжения растяжения и сжатия. Точка (А) пересечения результирующей с осью абсцисс соответствует термодинамическому равновесию межмолекулярных сил — отсутствию напряжений в структуре. Слева — область сжимающих напряжений, справа •— растягивающих напряжений при упругих (гуковских) деформациях, переходящих в пластические (после экстремальной точки результирующей). Все это относится к внутрифазным — внутренним напряжениям, межфазные же напряжения (статические и динамические) можно называть внутренними только условно, если принять всю данную гетерогенную систему как целое. А — точка равновесия (напряжения отсутствуют); I — область сжимающих напряжений. Справа (II и III) — область растягивающих напряжений; II — участок упругих деформаций, III — необратимых (пластических) до разрыва. На рис. 2 в виде средней кривой (г) схематично вписывается также потенциальная кривая академика П. И. Ребиндера [10], отражающая влияние адсорбционно-гидратных слоев на рассматриваемые соотношения молекулярных сил и на характер напряжений. Большая часть правой ветви результирующей поднялась теперь в область сжимающих напряжений. Возникла дополнительная точка равновесия (Б), отличающегося большой неустойчивостью. Характер капиллярно-механического действия изучаемых молекулярных сил зависит от геометрических условий, в которых оно осуществляется, от скорости процесса высыхания и пр. Для рассмотрения элементарного механизма изучаемых процессов на рис. 8Л схематично показано распределение и взаимодействие растягивающих ( —) и сжимающих ( + ) напряжений в пленке структурированной водной системы, нанесенной на гидрофильную основу. Рис. 8. Распределение напряжений, сжимающих ( + ) и растягивающих ( —) в жидкой фазе (а) и в структуре (б).  Специальном приспособлении Специально подобранных Специалистов работающих Специфические трудности Специфическими особенностями Специфическим противоядием Специфическое взаимодействие Спектральными характеристиками Синтетических красителей |
- |
Навигация