.

Опытами С. Н. Журкова было установлено закономерное повышение прочности на разрыв стеклянных и кварцевых волокон с уменьшением их диаметра, причем после протравливания плавиковой кислотой нитей диаметром порядка нескольких микрометров прочность практически достигала теоретической величины.

Возрастание прочности нити по мере уменьшения диаметра представляет собой чисто статистическое явление, основанное на том, что вероятность наличия неоднородностей или трещин у толстых волокон больше, чем у тонких. В процессе изготовления образца часть неоднородностей возникает в глубине его, а часть на поверхности, при этом вероятность появления таких неоднородностей на поверхности пропорциональна ее величине. Вследствие

разного рода химических и атмосферных воздействий вышедшие на поверхность неоднородности становятся наиболее «опасными», с них и начинается разрыв. Со снижением диаметра нити уменьшается ее поверхность и, следовательно, вероятность образования самых опасных неоднородностей, что и приводит к наблюдаемому возрастанию прочности.

Уменьшение механической прочности объясняется тем, что по краям неоднородностей, микротрещин и других дефектов создается повышенное напряжение по сравнению со средним. На рис. 111

!

приведено распределение напряжения

по сечению в образцах с надрезами заостренной и закругленной формы. Высота ординаты соответствует напряже*

нию в точках, расположенных в плоскости, проходящей через надрезы на

различных расстояниях от поверхности

образца. Максимальное напряжение в

вершине надреза (в точках а) в несколько раз превышает среднее значеI 1?тп I Миг I ние напряжения и больше при зага д\

Рис 111. Распределение напряжения в образцах с надрезами

S 1 г остренной форме, чем при закругленной. Так как надрезы играют примерно такую же роль, как и трещины, неоднородности в образце и т. д., можно сделать вывод, что напряжение в вершине поверхностной трещины может оказаться намного выше среднего напряжения, определяемого как отношение усилия к подеречному сечению, и достичь значения, близкого к теоретической прочности. Естественно, что под действием такого напряжения трещина начинает расти, сечение образца еще больше уменьшается, что приводит к возрастанию среднего значения напряжения и т. д.

* Ф Бики, развивая представление о последовательности разрыва химических связей полимерного образца в процессе его разрушения и полагая, что после расщепления одной из связей увеличивается нагрузка на еще иеразорванных (и, следовательно, вероятность их разрыва), получил для долговечности выражение, сходное с уравнением С. Н. Журкова.

Согласно статистической теории хрупкой прочности Александрова и Журкова [24] разрыв происходит не одновременно по всей поверхности разрушения, а последовательно, постепенно *. Процесс начинается у самой опасной трещины или неоднородности (чаще всего на поверхности образца), где перенапряжение близко к теоретической прочности. С ростом этой первичной трещины увеличивается среднее напряжение на оставшемся уменьшенном сечении, вследствие чего перенапряжение на- других, уже внутренних дефектах тоже достигает критического значения, а это приводит к появлению и развитию новых вторичных трещин. Образец разрывается в результате постепенного слияния всех трещин.

У полимеров, кроме того, существенное значение может иметь наличие неоднородностей, обусловленных образованием из макромолекул различных, более крупных структурных элементов. Если к тому же полимерные цепи достаточно гибки, сравнительно небольшие напряжения, преодолевающие слабые межмолекулярные силы и направленные перпендикулярно оси данного участка макромолекулы, смогут вызвать отрыв его от соседнего участка, что тоже приведет к возникновению трещины.

Процесс хрупкого разрушения полимерных стекол делится на две стадии: первая, сравнительно быстрая, когда возникают и растут первичные трещины, и вторая, более медленная, при которой напряжение в вершине одной из первичных трещин достигает определенного предела, после чего происходит быстрое разрастание этой трещины через все сечение образца. Первичные трещины могут возникать при меньших напряжениях, чем теоретические, так как при росте механического напряжения снижается энергия активации, необходимая для разрыва межмолекулярных или химических связей; при этом благодаря флуктуации теплового движения, т. е. перераспределению энергии макромолекулы, может создаться местная концентрация сил, достаточная для такого разрыва.

Процесс развития трещин тесно связан с релаксацией напряжения. Особо велика роль этого явления у вершины трещины, где напряжение достигает максимального значения. В связи с тем что время релаксации быстро падает с ростом напряжения (с. 412), происходит выравнивание напряжения (снятие пиков), что задерживает преимущественный рост какой-либо определенной трещины Именно поэтому успевают развиться наряду с первичными трещинами и вторичные. У силикатных стекол, у которых релаксация напряжения практически отсутствует, разрушен