ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние агрессивных сред на прочность из "Структура и прочность полимеров Издание третье" При длительных испытаниях физические и химические процессы становятся сравнимыми по своей значимости и влиянию на конечный исход — на разрушение материала. Могут быть случаи, когда под воздействием химически активных (агрессивных) сред химические процессы протекают так интенсивно, что разрушение определяется не только, а часто даже не столько механическими факторами, сколько химическими. Наблюдаемые при этом закономерности, естественно, оказываются весьма сложными. [c.163] Разрушение полимерного материала может происходить в результате такого воздействия химически агрессивной среды, при котором имеет место изменение химического состава материала только в отдельных местах, например под влиянием поверхностноактивных веществ. [c.163] Поверхностно-активные вещества снижают поверхностное натяжение материала. Это воздействие не сопровождается необратимыми изменениями структуры. Дефекты структуры являются теми точками образца, на которых осуществляется адсорбция молекул активной среды. Разрушение всегда сопровождается образованием новой по)5ерхности последний процесс существенно облегчается и ускоряется, если свободная энергия поверхности (численно равная работе ее образования) уменьшается по сравнению с этой величиной, определенной в вакууме. [c.163] Вследствие этого возникновение и развитие пластических сдвигов, а также микротрещин в присутствии поверхностно-активных веществ значительно облегчается. Разгружение сопровождается так называемым адсорбционным последействием, состоящим в том, что молекулы поверхностно-активного вещества не позволяют трещине сомкнуться и лишь постепенно удаляются из нее. Таким образом, адсорбционное последействие облегчает разрушение при новом цикле нагружения. [c.163] Отмеченные выше закономерности подробно исследовались на металлах, горных породах и других неполимерных материалах. Для полимеров, особенно в высокоэластическом состоянии, более существенно не адсорбционное, а абсорбционное воздействие среды, которое наблюдается при воздействии пластификаторов и при набухании. [c.163] Одновременное протекание обоих процессов приводит к тому, что диффузионное проникновение низкомолекулярного компонента в полимер в общем виде сопровождается немонотонным изменением прочности. Впервые этот эффект был обнаружен и объяснен В. Е. Гулем, Б. А. Догадкиным и Д. Л. Федюкиным [60, с. 11 61, с. 5] для случая набухания сшитых эластомеров. Однако это явление носит общий характер и присуще также аморфным и кристаллическим полимерам не только в высокоэластическом, но и в стеклообразном состоянии. П. В. Козловым с сотр. [228, с. 454, 454 455, с. 247] был обнаружен так называемый эффект межпачечной пластификации (имеется в виду селективная сорбция наименее упорядоченной частью полимера, в то время как наиболее упорядоченная кристаллическая часть не набухает). На примере полиэтилена, полиамида, поликарбоната и других полимеров ими прослежено немонотонное изменение прочности в зависимости от времени набухания в воде, растворе молочной кислоты, спирте и других жидкостях [454, с. 585]. [c.164] Этими авторами было показано также, что увеличение прочности, наблюдаемое при проникновении небольшого количества низкомолекулярного компонента в полимер, не сопровождается изменением степени кристалличности, но сопровождается значительным увеличением степени ориентации перед разрывом. [c.164] Влияние набухания на долговечность жесткоцепных ориентированных и неориентированных полимеров исследовано С. Н. Журковым с сотр. [49, с. 68 456, с. 183]. Было показано, что набухание таких полимеров сопровождается уменьшением долговечности и делает более резкой временную зависимость прочности. При этом может наблюдаться резкий наклон прямой 1 Тр = / (Ор), так что 1п Тр при уменьшении значения Ор сильно возрастает. Небольшое увеличение Ор сопровождается резким падением значения lg Тр. Создается впечатление, что имеется какое-то критическое значение Ор, ниже которого образец не разрушается. На самом деле существует просто очень резкая зависимость долговечности от разрушающего напряжения. [c.164] Было исследовано 1455, с. 247 ] изменение прочности при растяжении плоскоориентированных аморфных и кристаллических полимерных пленок после воздействия на них воды, водных растворов солей и органических кислот. Аналогично тому, что было показано для набухания эластомеров, обнаружен экстремальный характер зависимости прочности от времени воздействия жидких сред. С помощ,ью рентгеноструктурного анализа и оптических исследований установлено, что возрастание прочности сопровождается увеличением оптической анизотропии и связано с дополнительной спонтанной ориентацией части структурных элементов полимерного тела. [c.165] Действуя как агрессивная среда, жидкость может ускорять разрушение образца. Последнее наблюдалось при действии растворов ацетона на винипласт и полистирол [465, с. 489]. [c.165] С увеличением механического напряжения коррозионная активность среды стремится к минимальному значению, так как уменьшается доля связей, рвущихся вследствие коррозии, и уменьшается время воздействия агрессивной жидкости. [c.165] Поведение полимера в агрессивных средах оценивается по изменению соответствующей характеристики прочности в результате действия агрессивной среды. В большинстве случаев процесс разрушения оценивается по появившимся вследствие воздействия агрессивных сред трещинам на деформированном образце [459, с. 39]. Так, для изучения разрушения растянутого каучука в атмосфере озона был использован метод киносъемки [460, с. 219]. Снятый кинофильм подвергался детальной обработке, сводившейся к оценке числа и размера трещин. Такая оценка проводилась в течение всего процесса разрушения. Из двух фаз разрушения растянутого каучука в озоне (образование трещин и их рост) первая носит статический характер — трещины распределяются по поверхности образца беспорядочно. Скорость же роста трещин постоянна. Она может изменяться только вследствие образования новой трещины по соседству с главной. Трещина, образовавшаяся по соседству с главной, вызывает изменение напряжения в месте роста трещины. [c.165] На рис. И 1.12 показан рост числа трещ,ин, определенный описанным методом. На рис. 111.13 приведены кадры киносъемки, на которых видно изменение поверхности деформированного каучука при экспозиции в озоне. Подробное описание закономерностей, определяющих разрушение эластомеров в агрессивных средах, имеется в работе [13]. [c.166] Было детально рассмотрено влияние поверхностно-активных веществ при повышенных температурах на время до разрушения напряженного полиэтилена высокой плотности [461, с. 35], полученного по модифицированному методу Циглера. Для того чтобы оценить влияние молекулярной массы, режима формования, совместимости с эластомерами, использовались образцы с различными значениями молекулярной массы и отличающиеся друг от друга количеством эластомера, совмещенного с полиэтиленом. Данные о молекулярных массах и вязкости растворов образцов в декалине при 408 К приведены на рис. 111.14. [c.166] В середине каждого образца бритвой делали продольные надрезы АВ длиной 19 мм и глубиной 0,5—0,6 мм (рис, П1.15). Надрезанные образцы в согнутом состоянии помещали в ла-туннный патрон с продольным отверстием шириной 11,7 мм, погружали патрон в испытуемую жидкость и выдерживали при постоянной температуре. Образцы периодически осматривали и фиксировали время в течение которого на 50% образцов появлялись трещины, перпендикулярные надрезу. [c.166] Удлинение на внешней стороне изгиба зависит от внутреннего диаметра изгиба и толщины образца, как показано на рис. 1П.15. Поэтому испытанию подвергались одновременно образцы разной толщины. Результаты определения лля образцов различной толщины, приготовленных из полимеров с разной приведенной вязкостью, при воздействии дистиллированной воды при 363 К и агрессивной среды (игепол СО-630) приведены на рис. П1.16. [c.166] На сопротивление разрушению благоприятно влияют высокая молекулярная масса, уменьшение напряжения при правильной отливке образца н совмещение с эластомерами. [c.167] НИЙ раскрываются готовые трещины. При этом разрывается хрупкая поверхностная пленка продукта реакции полимера со средой и усиливается диффузия агрессивной среды в полимер. Одновременно с этим концентрация напряжения в вершинах трещин обусловливает их рост аналогично тому, как это происходит в процессе механического нагружения. [c.167] При озонировании преобладает процесс сшивания полимерных цепей с последующим появлением хрупкости. При УФ-облучении вначале происходит деструкция, а при больших временах облучения — сшивание. При действии разрядов определяющим фактором является уровень разрушающего напряжения при старении при малом значении преобладает процесс сшивания, а при большом — деструкции. [c.169] Вернуться к основной статье