|
|
|
Главная --> Справочник терминов Значениях напряжения теплоты активации вязкого течения, определенные при различных постоян-I J j~" ных значениях напряжений сдвига, \§*?.(3uHjcM*f имеют ту же величину, что при режи- Следует особо отметить, что сильнее всего проявляется зависимость вязкости от температуры для т\=т\пъ. Соответственно в области наименьшей ньютоновской вязкости теплота активации ниже, чем в области наибольшей вязкости. Так же как при п=гчб, в случае г] = Т1пм величина теплоты активации не зависит от того,, как ведеюя ее определение, — при постоянных значениях скоростей или напряжений сдвига. то этот метод справедлив только при не о^ень больших удалениях от этого состояния, во всяком случае при напряжениях н скоростях сдвига не выше тех, которые отвечают точке перегиба на кривых течения. Это ограничение справедливо также в Отношении правила постоянства теплоты активации вязкого течения, определенной при различных заданных значениях напряжений сдвига. В области ньютоновского течения, когда напряжение сдвига пропорционально скорости сдвига, величина Д(1пп) не зависит от того, как сравниваются вязкости для разных температур: при постоянном напряжении сдвига или при постоянной скорости сдвига. Иначе при нецьютоновских режимах течения. С повышением скорости сдвига, при которой определяется Д(1пт), ее величина понижается, о чем свидетельствует уменьшение горизонтальных пунктирных отрезков на рис. 114. В то же время размеры вертикальных пунктирных отрезков, отвечающих различным постоянным значениям напряже-лнй сдвига, изменяются мало. В первом приближении можно принять, что теплоты активации вязкого течения, определенные при различных постоянных значениях напряжений сдвига, имеют ту же величину, что при режиме течения с наибольшей ньютоновской вязкостью. Это справедливо толь. то этот метод справедлив только при не очень больших удалениях от этого состояния, во всяком случае при напряжениях и скоростях сдвига не выше тех, которые отвечают точке перегиба на кривых течения. Это ограничение справедливо также в Отношении правила постоянства теплоты активации вязкого течения, определенной при различных заданных значениях напряжений сдвига. Метод у ~" ~-—-----——------ ---------° I Ниже приведены данные о деформации пленки эпоксидно-по-(лиамидного клея в соединении при различных значениях напряжений [291: Подготовка поверхности металлов. Строение кристаллической решетки, степень шероховатости, наличие оксидов на поверхности металла и ряд других факторов оказывают значительное влияние на прочность соединений. Снятие поверхностного слоя приводит обычно -к активации поверхности, уменьшению угла смачивания и повышению площади контакта склеиваемых материалов. Кроме того, при наличии шероховатой поверхности образование микротрещин в пленке клея при нагружении [56] протекает при более высоких значениях напряжений, чем в случае соединений с гладкой поверхностью, так как при этом изменяется доступность к поверхности субстрата. Все эти факторы обусловливают зависимость прочности от степени шероховатости (табл. 5.4). В результате механической обработки поверхности субстрата угол смачивания снижается примерно вдвое, а прочность возрастает в пять раз. Эффективность этого метода сохраняется, если клеевые соединения работают при температурах ниже Тс пленки клея. При более высоких температурах вследствие резкого ухудшения когезионных свойств клея влияние степени шероховатости поверхности на прочность соединений незначительно. Ниже приведены данные о деформации пленки эпоксидно-по-^иамидного клея в соединении при различных значениях напряжений [29]: Подготовка поверхности металлов. Строение кристаллической решетки, степень шероховатости, наличие оксидов на поверхности металла и ряд других факторов оказывают значительное влияние на прочность соединений. Снятие поверхностного слоя приводит обычно -к активации поверхности, уменьшению угла смачивания и повышению площади контакта склеиваемых материалов. Кроме того, при наличии шероховатой поверхности образование микротрещин в пленке клея при нагружении [56] протекает при более высоких значениях напряжений, чем в случае соединений с гладкой поверхностью, так как при этом изменяется доступность к поверхности субстрата. Все эти факторы обусловливают зависимость прочности от степени шероховатости (табл. 5.4). В результате механической обработки поверхности субстрата угол смачивания снижается примерно вдвое, а прочность возрастает в пять раз. Эффективность этого метода сохраняется, если клеевые соединения работают при температурах ниже Тс пленки клея. При более высоких температурах вследствие резкого ухудшения когезионных свойств клея влияние степени шероховатости поверхности на прочность соединений незначительно. В области ньютоновского течения, когда напряжение сдвиг; пропорционально скорости сдвига, величина Д(1пг)) не зависит о того, как сравниваются вязкости для разных температур: при по стаянном напряжении сдвига или пр постоянной скорости сдвига. Инач при непьютоновских режимах течени? С повышением скорости сдвига, Пр которой определяется Д(1пт), ее вели чина понижается, о чем свидетель ствует уменьшение горизонтальны пунктирных отрезков на рис. 114. В т же время размеры вертикальных пунь тирных отрезков, отвечающих разлив ным постоянным значениям напряже лнй сдвига, изменяются мало. В пер вом приближении можно принять, чт теплоты активации вязкого течешн определенные при различных постояг иых значениях напряжений сдвиг; имеют ту же величину, что при режь ме течения с наибольшей НЫОТОЦОЕ ской вязкостью. Это справедливо толь ко при не очень больших удаления от режимов течения с наибольшей ньч: то этот метод справедлив только при не очень больших удалениях от этого состояния, во всяком случае при напряжениях и скоростях сдвига не выше тех, которые отвечают точке перегиба на кривых течения. Это ограничение справедливо также в Отношении правила постоянства теплоты активации вязкого течения, определенной при ibix заданных значениях напряжений сдвиг. Предыдущие утверждения относительно задач исследования разрушения хорошо иллюстрируются на примере твердого поливинилхлорида (ПВХ) (рис. 1.1 —1.3). Образцы труб для воды подвергаются хрупкому разрушению под действием внутреннего давления при высоком значении касательного напряжения, частично пластическому разрушению — при умеренных значениях напряжения, действующего в течение длительного времени, и разрушению, обусловленному ростом термических трещин (трещин серебра '>, образующихся при ползучести),— при низких значениях напряжения, действующего очень длительное время. Тремя процессами, вызывающими разрушение труб в данных трех примерах, являются соответственно быстрое вытягивание дефектов, течение материала и термоактивационный рост дефектов. Во всех трех процессах элемент объема, в котором вызывается разрушение, конечен; следовательно, неоднородные деформации должны быть локальными. Ниже мы рассмотрим природу подобной неоднородной деформации предположительно однородного материала и попытаемся объяснить ее. температурах 20—60°С, значениях поперечного напряжения 10—50 МПа и интервале долговечности 0,3—10000 ч. Такие результаты, которые уже нельзя обобщить в графическом виде зависимостями более чем от трех параметров, формируют важную основу нашего понимания поведения материала в исследуемом многомерном пространстве. Путем варьирования параметров возможны отбор материала и оптимизация его свойств в такой мере, в какой это допускает модельная математическая структура коэффициентов зависимости свойство— Рис. 1.4. Время до разрушения труб из ПВХ под действием внутреннего давления воды при различных значениях напряжения и температуры [13]. Рис. 1.5. Время до разрушения труб из полиэтилена высокой плотности ПЭВП под действием внутреннего давления воды р при различных значениях напряжения и температуры [14]. Описанное в предыдущем разделе деформирование сложных структур полимеров включает несколько различных по свойствам характерных стадий — от линейноупругой до высоковязкой. На рис. 2.10 для температурного интервала, в котором не проявляются высокоэластические свойства, приведены примеры различных видов поведения термопластов при квазистатическом одноосном деформировании. Кривая / зависимости напряжение — деформация для хрупкого полимера (полистирол при комнатной температуре) характеризуется ограниченной растяжимостью и крутым плавным ростом напряжения. Кривая 2 относится к слабоэластичному полимеру (пленка ламеллярного полипропилена [58]), в котором сочетаются явно упругие свойства с хорошей растяжимостью при высоких значениях напряжения и почти полной деформационной обратимости (в течение нескольких суток). Кривая 3 соответствует пластичному полимеру. Первоначальное монотонное возрастание условного напряжения, как правило, является менее крутым, чем для хрупкого полимера, т. е. в данном случае секущий модуль меньше. Условное напряжение а достигает максимума при пределе вынужденной эластичности, который определяет начало так называемой холодной вытяжки, на что указывает уменыпе- При больших значениях напряжения изменение числа связей вызвано почти исключительно их разрывом, а не перестройкой. В таком случае вместо уравнения (3.19) можно использовать уравнение (3.17). Если подставить в него — у вместо Ослабление при ползучести присуще не только термопластичным материалам. В качестве примера в гл. 1 приведены морфологические структуры разрушения при ползучести труб из ПВХ, подверженных воздействию различных по величине напряжений. При достаточно высоких напряжениях (0„ = = 50 МПа) имеет место небольшая деформация ползучести, а ослабление труб из ПВХ оказывается хрупким. В таком случае говорят о прочностной долговечности при хрупком разрушении (рис. 1.1). При умеренных значениях напряжения (42 МПа), действующего продолжительное время, трубы подвергаются сильной пластической деформации, т. е. в таком случае говорят о деформационной долговечности при вынужденной эластичности (рис. 1.2). При более низких значениях напряжения (а„<20 МПа) ослабления либо не наблюдается совсем в течение времени проведения эксперимента, либо действует конкурирующий механизм образования трещины при ползучести (рис. 1.3). Значения изменения модулей в течение 1 и 1000 ч обычно приводятся в технической литературе (например, [114]). При небольших значениях напряжения (5 — 20 МПа) и температуре 20°С отношение Е (1000 ч)/Е (1 ч) для простых полимеров равно ~0,96 (бутадиен-стирольный сополимер), 0,92 — 0,93 (ПК, ПЭТФ, термопласты, усиленные волокном), 0,88 — 0,90 (ПС, ПВХ, ПММА, ПОМ) и 0,72—0,79 (ПЭВП, ПП, сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола). Поскольку методы экстраполяции зачастую оказываются единственным доступным средством получения необходимых данных, следует иметь в виду, что они несут на себе отпечаток всех ограничений, вызванных постепенным развитием ослабления структуры (выявляемого путем изменения скорости ползучести от замедления к ускорению). К тому же данный метод экстраполяции обычно не учитывает действие конкурирующих процессов (рост трещины при ползучести). Рост трещины при ползучести является определяющим механизмом ослабления неориентированных термопластов при более низких значениях напряжения (см. диаграммы на рис. 1.4 и 1.5). Морфологическая структура поверхности разрушения типичной трещины при ползучести показана на рис. 1.7. Окончательное ослабление данного образца было вызвано ростом трещины сквозь всю толщину его стенки. Существует общее мнение о том, что ослабление под действием периодически повторяющейся нагрузки происходит при меньших значениях напряжения, чем напряжения при статических условиях нагружения (ползучесть) или при плавно нарастающем деформировании (вытяжка). Чем ниже уровень напряжения, при котором испытывается материал, тем большее число N циклов нагрузки он выдерживает. Однако полное время if, которое утомляемый образец находится под нагрузкой, обычно много меньше долговечности материала при статических условиях нагружения. Поэтому перемена знака нагрузки или перерывы при нагружении ускоряют потерю работоспособности; перемена знака нагрузки или перерывы между нагру-жениями являются элементами испытания на усталость. Можно утверждать, что эффект ускорения усталости путем перемены знака нагрузки должен быть связан с двумя характерными свойствами материала: небольших значениях напряжения увеличение температуры испытываемого образца обычно достигает конечной величины. Например, образец ПА-6, утомленный при частоте 50 Гц, постоянной амплитуде напряжения 8 МПа и температуре окружающей среды 21°С, по истечении 104 циклов нагревался до стабильной температуры 27°С [139 — 140]. При данной температуре подводимая механическая энергия и энергия тепловых потерь были равны.  Закрывают охлаждают Значительно различаться Значительно сократить Значительно уменьшает Значительно упрощается Значительно усложняется Значительно увеличивают Значительную трудность Замечания касающиеся |
- |
Навигация