Термины, связанные с цементом. Сопротивление материалов

Главная --> Справочник терминов

Сопротивление материалов медленно растущей трещины деформации не превышают 30 % (по сравнению с 700% в недеградированной матрице). Вследствие химической деструкции материала на вершине трещины механическая энергия, затрачиваемая на распространение трещины (сопротивление материала распространению трещин R), очень мала. Применяя критерий разрушения Гриф-фитса, различные авторы получили значения механической энергии 0,05—0,12 Дж/м2 путем наблюдения макроскопических трещин [197а, 199а, 204, 205] и значения 0,4—0,5 Дж/м2 путем расчета с помощью микроморфологических теорий [206].

При малых скоростях роста трещины составляющими кинетической энергии в R можно пренебречь. Тогда сопротивление материала распространению трещин будет включать удельную поверхностную энергию 2у (требуемую для преодоления силы сцепления атомов или молекул, действующей поперек вновь образованной поверхности разрыва среды), энергию Vre упругого втягивания в матрицу напряженных молекул, энергию VPi — пластического деформирования и энергию VCk — химических реакций, вызванных разрывом цепи. Энергии снятия внутренних напряжений (С//) и химических реакций с окружающей средой (UCh) нужно вычесть из R:

что обычно Gc тем больше, чем больше R(a^>ac). Поскольку R наиболее сильно зависит от составляющей энергии пластического деформирования dVpi/Bda, то оно также будет зависеть от размера элемента объема, который пластически деформируется в процессе распространения трещины. Поэтому сопротивление материала будет тем меньше, чем в большей степени он подвергается пластическому деформированию, т. е. оно меньше в случае плоской деформации, чем в случае плоского напряжения. В условиях плоской деформации Gc приближается к предельному значению G\c, по которому с помощью выражений (9.4) и (9.10) можно определить значение критического коэффициента Кгс. При хрупком разрушении численное значение Kic обычно можно определить путем измерения длины трещины и нагрузки в начале процесса неустойчивого роста трещины [3—8].

С учетом ранее разработанных концепций, известных для металлов, значительное развитие получила количественная оценка вклада пластического деформирования в сопротивление материала полимеров росту трещины R. С учетом различия между Ri (сопротивлением хрупкого материала росту трещины), при условии плоской деформации, и R? (сопротивлением пластического материала росту трещины), связанным с пластическим деформированием при условии плоского напряжения, выражение (9.12) можно представить в виде

В предыдущем разделе было показано, что увеличение коэффициента интенсивности напряжений или GI путем вынужденного расширения трещин способствует их росту с докритической скоростью (рис. 9.6 и 9.7). Так как сопротивление материала распространению трещины /? растет с увеличением а, то новое равновесие между GI и R может быть получено вслед за любым изменением GI. Однако если GI непрерывно возрастает в зависимости от Ki, то достигается точка нестабильного роста трещины. Нестабильность может характеризоваться тем, что в этой точке сопротивление материала R(d), согласно уравнению (9.13), недостаточно чувствительно к скорости, чтобы компенсировать рост GI. Следовательно, ускорение роста трещины происходит до такого значения ее скорости, при котором следует учитывать силы инерции и конечную скорость ve распространения упругих волн [67, 181 —182]. До тех пор вкладом в /? кинетической энергии отступающих поверхностей разрушения пренебрегают. В точке начала нестабильного роста трещины в ПММА со скоростью ~0,1 м/с вклад кинетической энергии равен 6 Дж/м3. При таких скоростях этот вклад представляет незначительную часть средней плотности энергии деформации,

В предыдущем разделе (рис. 9.13) уже упоминалось, что, согласно наблюдениям Феллерса и К.и [146], напряжение разрыва ПС лишь плавно возрастает с увеличением Мп>2Ме. Их результат достаточно хорошо соответствует данным Дёлля и Вейдмана [15, 50]. Эти авторы определили форму трещины серебра, выделенное количество тепла Q и сопротивление материала росту трещины R для ряда образцов ПММА с точно определенными молекулярными массами Ми, в интервале значений 1,Ы05—8-Ю6 г/моль. Измеряя раскрытие трещины 2и, ширину трещины серебра 2ус и длину последней гр при скорости распространения 10~8 м/с они отмечали, что эти параметры, характеризующие форму трещины серебра, увеличивались с ростом Mw до значений М№~2-105. При более высоких значениях Mw наблюдались едва заметные изменения 2и и гр и очень слабый рост ширины трещины серебра [15]. Это означает, что вначале (Ми,<1,6-105) ширина трещины растет с увеличением длины цепи, причем оказалось, что ширина трещины серебра в 5,2 раза больше длины вытянутой цепи. Однако из этого не следует, что именно каждая молекулярная нить состоит из нескольких сильно вытянутых цепей. Можно предположить, что до начала роста трещины серебра молекулы произвольным образом запутаны в клубки. Например, для материала с М„,= 1,Ы05 г/моль расстояние между концами цепей равно 21 нм. В процессе раскрытия трещины серебра это расстояние будет в среднем возрастать на величину деформации фибриллы, т. е. до ~30 нм. В фибрилле диаметром 20 нм и длиной 1200 нм содержится 2360 таких вытянутых молекулярных клубков. Если молекулярная масса сравнима с Ме, .то вследствие перепутывания и взаимопроникания этих молекулярных клубков едва ли возможно образование фибрилл [11, 146, 187]. При больших значениях молекулярных масс (до MU)=2-105 г/моль) размер молекулярных клубков

Предыдущие рассмотрения применимы к однородным изотропным материалам, т. е. к аморфным [61, 198, 200] и частично кристаллическим полимерам со слабо развитой микроструктурой [130]. В этих материалах направленность разрушения более или менее определяется полем локальных напряжений. Во всяком случае, судя по морфологии поверхности разрушения, ничего нельзя сказать о ее микроструктуре. Это не исключает существования определенной глобулярной микроструктуры (гл. 2, разд. 2.1.3), которую можно выявить путем ионного травления [132, 208]. Однако для полимеров с явно выраженной микроструктурой, обусловленной присутствием кристаллитов с вытянутыми цепями и сферолитов, отчетливо выявляются особенности поверхности разрушения. В таких полимерах сопротивление материала распространению трещины сильно зависит от ориентации плоскости разрушения относительно элемента структуры.

В этом разделе была рассмотрена морфология поверхностей разрушения, позволяющая выявить виды локального разделения материала. Были определены микроскопические размеры структурных элементов, которые разрываются или разделяются: молекулярных нитей, фибрилл или молекулярных клубков, ребер, кристаллических ламелл, сферолитов. Однако, когда говорят об их основных свойствах, используют макроскопические термины: разрыв, деформация сдвига, пределы пластического деформирования, сопротивление материала распространению трещины. Не было дано никаких молекулярных критериев разделения материала. Такие критерии существуют для отдельных молекул: температура термической деградации и напряжение или деформация, при которых происходит разрыв цепи. По-видимому, следует упомянуть критическую роль температуры при переходе к быстрому росту трещины [30, 50, 184—186, 197] и постоянное значение локальной деформации еу в направлении вытягивания материала (рис. 9.31), которая оказалась независимой от длины трещины и равной ~60 % на вершине обычной трещины в пленке ПЭТФ, ориентированной в двух направлениях [209]. Следует также упомянуть критическую концентрацию концевых цепных групп Nm, определенную путем спектроскопических ПК-исследований на микроскопе ориентированной пленки ПП в окрестности области, содержащей обычную трещину (рис. 9.32), и поверхности разрушения блока ПЭ [210]. Оба материала вязкие и прочные. По распределению напряжения перед трещиной в пленке ПП можно рассчитать параметры: /Сс = ст(г) 1/^7=8,3 + 2 МН/м3/2 и Gc = 30±17 кДж/м2 [И]. Эти значения в сочетании с данными табл. 9.2 довольно убедительно свидетельствуют о том, что разрыв цепи сопровождается сильным пластическим деформированием. Возможная роль разрыва цепи в процессе применения сильной ориентирующей деформации или после него была детально рассмотрена в гл. 8.

Наряду с изложенным подходом некоторыми исследователями применяется формально термодинамический подход к разрушению, основанный на реологических моделях Кельвина, Максвелла и др. [11.9]. При этом рассмотрении в понятие прочности входит предельное сопротивление материала либо пластической деформации, либо хрупкому разрушению, либо разрушению после пластического течения. Этот метод никакой специфики поведения полимеров не отражает.

Иногда в трактовке механизма трения твердых поверхностей исходят из представлений о единой природе трения, предполагая, что основное сопротивление, которое приходится преодолевать при трении, — сопротивление материала микровыступов сдвигу. Согласно этим представлениям, при трении срезаются не только молекулярные мостики, возникшие вследствие адгезии трущихся тел, но и сам материал (микровыступы) более слабой фрикционной пары. Поэтому срез происходит, как правило, по площади, во много раз. превышающей суммарную площадь мест молекулярного контакта. Если сделать правильную оценку площади среза трущихся тел, то удельная сила трения, рассчитанная на единицу фактической площади контакта, должна оказаться близкой к сопротивлению материала срезу.

Рассматривая силу трения как сопротивление материала сдвигу, что вытекает из экспериментальных данных, Епифанов получил двучленный закон трения, отличающийся от закона Дерягина:

пластического деформирования. Чем больше G (накопленная удельная энергия разрушения), тем больше а (скорость распространения трещин). Обратное не всегда верно; таким образом, сопротивление материалов изгибу, растяжению или раздиру может изменяться в зависимости от скорости деформирования [17, 20—25,35—37, 57].

Прочность характеризует сопротивление материалов разрушению под действием внешних сил. Под разрушением полимера понимается разрыв его на части (нарушение сплошности), т. е. разрушение — процесс, приводящий к образованию новых поверхностей раздела *.

Наиболее удобными и доступными являются приборы, измеряющие крутящий момент на валу ротора смесителя, например пла-стикордер фирмы "Брабендер" иреограф фирмы "Хааке". Приборы состоят из измерительного модуля, к которому присоединяются различные виды смесительных и экструзионных приставок, и измеряют сопротивление материалов воздействию роторов и червяков различной конструкции в широком диапазоне температур и скоростей вращения [1]. Благодаря использованию различных взаимозаменяемых измерительных головок можно моделировать такие производственные процессы, как смешение, пластикацию, экструдирование и др., а в лабораторных условиях описывать их количественно.

152. Писаренко Г. С., Лебедев А. А. Сопротивление материалов деформированию и разрушению при сложном напряженном состоянии. Киев, «Наукова думка», 1969. 211 с.

155. Работное Ю. Н. Сопротивление материалов. М., Физматгиз, 1962. 625 с.

39. Сухотин А. М., Зотиков В. С. Химическое сопротивление материалов. Л., Химия, 1975. 408 с.

67. Сухотин А. М., Зотиков В. С. Химическое сопротивление материалов. Справочник. Л., Химия, 1975. 408 с.

63. Сухотин А. М., Зотиков В. С. Химическое сопротивление материалов. Л., Химия, 1975. 408 с.

86. Сухотин А. М., Зотиков В. С. Химическое сопротивление материалов. Л., Химия, 1975. 408 с.

2. Сухотин А. М., Зотиков В. С. Химическое сопротивление материалов. Л., Хим'ия, 1975. 406 с.

14. Я. М. Беляев. Сопротивление материалов. М., Физматгиз, 1962, 21.

Смазочного материала Смешанных биополимеров Смешанных полимеров Смешанным ангидридом Смешанного катализатора Селективный растворитель Смешивания компонентов Смесительное воздействие Смесителя предразварника