химический каталог




Энциклопедия полимеров. Том 3 (Полиоксадиазолы-Я)

Автор главный редактор В.А.КАБАНОВ

я стадия заключается в постепенном образовании и разрыве тяжей по мере углубления зоны разрушения; при этом напряжение в оставшемся сечении образца возрастает до критич. значения, при к-ром начинается вторая стадия — быстрый рост трещины без образования тяжей. Поскольку разрыв отдельных тяжей на первой стадии происходит в различных участках по их длине, после сокращения концов тяжей на поверхности разрушения образуются бугорки и впадины, создающие шероховатость; второй стадии соответствует относительно более гладкая поверхность разрушения. Чем меньше напряжение, тем длительнее первая стадия разрушения и тем. отчетливее шероховатая зона на поверхности разрыва.

Временная зависимость прочности эластомеров в-нек-ром интервале напряжений м. б. описана эмпирич. ур-нием:

х = Ва-теи'кТ (6>

где Bum — постоянные, зависящие от типа и структуры материала.

Если рассматривать U как энергию активации разрушения эластомеров, то, как видно из (6), она не зависит от о, в отличие от твердых полимеров. Поскольку U численно совпадает с энергией активации вязкого течения, можно предполагать, что кинетика разрушения определяется гл. обр. преодолением сил межмолекулярного взаимодействия, а не термофлуктуационным разрывом химич. связей. По-видимому, при достаточно про» должительном нагружёнии большие напряжения, развивающиеся при высокоэластич. деформациях, приводят'к скольжению цепей и развитию пластич. деформаций. Такой механизм разрушения эластомеров можно назвать упруговязким. В случае сшитых эластомеров он тем более вероятен, чем реже сетка.

Существует, однако, и др. мнение, согласно к-рому величине U в ур-нии (6) нельзя придавать смысл энергии активации разрушения. Соответственно и кинетика разрушения эластомеров, как и твердых полимеров, считается обусловленной тёрмофлуктуационным разрывом химич. связей. Это подтверждается опытами, в к-рых структура материала не изменяется при нагружёнии (разрыв и раздир аутогезионных соединений); в этих случаях значение U совпадает со значением U0 в ур-нии долговечности Журкова.

Из ур-ния (6) при т= const можно получить ур-ние температурной зависимости длительной прочности эластомеров и резин:

o = C0eu,nkT (7)

Значение постоянной т зависит от структуры и жесткости полимера и изменяется от 3 до 12.

Пластическое разрушение полимеров. Начиная с нек-рой темп-ры Тп, линейный полимер разрушается как пластич'. материал: напряжение приводит к накоплению необратимой деформации, образованию шейки и разрыву материала в шейке (см. также Высокоэластическое состояние, Пласто-эластические свойства). Прочностной характеристикой является предел пластичности оп, зависящий от темп-ры и скорости деформации.

Изложенный кинетич. подход к разработке теории разрушения полимеров, развиваемый Г. М. Бартеневым с сотр., не является единственным. Существуют и др. теории П., напр. статистич. теория П. эластомеров, предложенная Ф. Бикки. Согласно этой теории, полимер рассматривается как сшитая сетка, в к-рой усилия распределяются по цепям статистически неравномерно. Разрыв участков цепей происходит при превышении критич. значения удлинения, к-рое определяется длиной участка. По мере повышения растягивающего напряжения' этот процесс нарастает и в конечном итоге приводит к разрушению образца. Основной недостаток статистич. теории в том, что в ней не учитывается образование новой поверхности при разрушении.

Микромеханика разрушения

Микромеханика разрушения изучает кинетику образования и роста очагов разрушения и связь этих процессов со структурой материала. При этом используют различные методы анализа структуры, с помощью к-рых подтверждены основные положения кинетич. концепции разрушения полимеров ("см. Долговечность). Установлено, что лишь небольшая доля связей (10—20%) нагружается значительно и перенапряжения достигают максимальных значений (В~10). Такие связи играют главную роль в разрушении, поскольку на них зарождаются трещины. Структурная неоднородность полимера (границы микрообластей различной степени упорядоченности, дефекты и пр.) обусловливает неравномерное распределение напряжений даже при простых видах нагружения.

Рентгеновская дифракция в малых углах и светорассеяние позволяют обнаруживать неоднородности размером от 1 до 102—103 нм (от 10 до 103—104 А), определять их размеры, форму, ориентацию и концентрацию. В кристаллич. ориентированных полимерах при нагружёнии появляются в объеме субмикротрещины дископодобной формы, расположенные перпендикулярно оси нагружения. Их размеры составляют единицы нм (десятки А) в продольном и десятки нм (сотни А) в поперечном направлениях, а концентрация в поперечном сечении образца ?— 1012—1017 см~г. Снятие нагрузки обычно не' приводит к их залечиванию. Дальнейшее развитие разрушения заключается, в росте этих трещин, их слиянии и образовании более крупных магистральных трещин, завершающих разрушение. Для стеклообразных неориентированных полимеров наиболее характерны трещины микроскопич. размеров (от одного до десятков ммк), к-рые возникают на поверхности и могут развиться не только в магистральные трещины разрушения, но и в трещины «серебра». Образование трещин затухает во времени, тогда как развитие сквозных магистральных трещин происходит ускоренно. Энергия активации роста магистральной трещины численно совпадает с энергией активации разрушения в ур-ниях долговечности.

Изучение закономерностей роста магистральных трещин важно, поскольку процессы, развивающиеся вблизи их вершин, определяют долговечность образца. Рост магистральной трещины путем слияния с вырастающими ей навстречу микротрещинами проявляется характерными следами на поверхности разрыва — гиперболами, анализируя к-рые можно определить скорость роста трещин, их относительную опасность, размеры и др.

При определении П. реального неоднородного образца согласно механич. концепции П. необходимо знать характер распределения напряжений и деформаций вблизи вершины трещины, поскольку предельное состояние материала возникает у вершины трещины при меньших нагрузках, чем в однородной среде. При росте микротрещины характер разрушения в ее вершине может меняться, напр. переходить от нехрупкого при малых скоростях роста трещины к хрупкому при больших скоростях; поэтому необходима разработка обобщенных критериев разрушения. При нек-рых условиях, однако, можно пользоваться рядом упрощенных критериев'роста трещины, согласно к-рым условием роста трещины м. б. превышение критич. значений нек-рыми из характеристик, напр. размерами пластич. области вблизи ее вершины, радиусом кривизны, углом при вершине (максимально допустимое раскрытие), деформацией материала вблизи вершины и др. Во всех этих случаях полимер рассматривается как сплошная среда с равномерно распределенными параметрами. Учет дискретного атом-но-молекулярного строения связан в микромеханике разрушения с задачей о взаимодействии многих тел, к-рая решается численно При различных упрощающих предположениях.

Влияние структуры на прочность

На П. полимеров существенно влияет молекулярная ориентация. Ориентированное состояние обусловливает повышенную П. полимерных материалов. Коэфф. у в ур-нии долговечности (5) уменьшается с ростом степени ориентации. Так, для неориентированного поли-е-капролактама y=i3 • lO-19 мм3, для высокоориентированного 7=2-Ю-19 мм3.

Кратковременная прочность при растяжении высокоэластич. материала оэл зависит от темп-ры (см. рис. 2). В низкотемпературной области высокоэластич. состояния с понижением темп-ры аэл резко возрастает, достигая максимума вблизи Гс. Примерно этой же темп-ре соответствует максимальное значение степени молекулярной ориентации. С дальнейшим понижением темп-ры аэл понижается и при 7хр достигает значения сгхр. Такой характер зависимости аэл (Т) объясняется тем, что при растяжении одновременно развиваются два процесса: молекулярная ориентация и образование и рост микротрещин и надрывов. Понижение темп-ры уменьшает скорость роста трещин, разрушение замедляется; это приводит к возрастанию разрывного удлинения ер, т. е. к увеличению молекулярной ориентации, что, в свою очередь, упрочняет материал и еще более

ПРОЧНОСТЬ ХИМИЧЕСКИ^ волокон

234

замедляет рост трещин. При темп-рах ниже Тс молекулярная ориентация, обусловленная, вынужденной высокоэластич. деформацией, с понижением темп-ры затруд-, няется, и рост трещин происходит;во все менее ориентированном материале. Поэтому скорость роста трещин относительно повышается и аэл.падает. В области максимума аэл молекулярная ориентация м. б. «заморожена» последующим резким охлаждением вплоть до Гхр и ниже.

В стеклообразном и кристаллич. состояниях полимерные материалы сохраняют молекулярную ориентацию неограниченно долго. Степень предварительной ориентации влияет на ахр и ав. Значение ахр зависит от угла между направлениями растягивающей силы и предварительной вытяжки, что приводит к резкой анизотропии прочностных характеристик — значительному упрочнению материала в направлении ориентации и разупрочнению в поперечном направлении. Для некристаллич. полимеров охр зависит от степени ориентации и угла между направлениями растягивающей силы и ориентации сильнее, чем oBj поэтому с увеличением ориентации область перехода от хрупкого к нехрупкому разрушению смещается к низким темп-рам.

Значения ор и ер не .определяются однозначно сте^ пенью вытяжки; более точной характеристикой. проч7. иостных свойств ориентированных полимеров является средняя степень .молекулярной ориентации, определяемая по двойному лучепреломлению. Кроме этой величины, на ор и. ер влияет частота сетки, образованной физич. узлами (зацеплениями, элементами надмолекулярной структуры и др.): образцы, вытянутые при более высокой темп-ре, обладают более редкой сетной и характеризуются более высокой П. по сравнению с образцами низкотемпературной вытяжки.

Молекулярная масса М. линейного полимера влияет как на значение ор, так и на механизм разрушения. В области малых М ар возрастает с ростом М и практически достигает насыщения при значениях, характерных для высокополимеров. При этом механизм разрушен

страница 64
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340

Скачать книгу "Энциклопедия полимеров. Том 3 (Полиоксадиазолы-Я)" (21.36Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
кресло 9908
Фирма Ренессанс: п образные лестницы - быстро, качественно, недорого!

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(29.04.2017)