ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Долговечность полимерных материалов. Флуктуационная теория прочности из "Физико-химия полимеров 1963" Механические свойства твердых тел в течение длительного времени изучались главным образом на поликристаллических объектах (на металлах), при исследовании которых были установлены основные закономерности разрушения твердого тела. [c.218] Разрушение — это разрыв связей между элементам и тела (атомами, молекулами, ионами), приводящий к разделению образца на части (разрыв или скол). Сопротивление материала разрушению принято называть прочностью или механической прочностью. [c.218] Механическую прочность обычно характеризуют величиной напряжения, вызывающего разрушение тела. Напряжение, вы-.зывающее разрыв, называется разрывным напряжением или С 1противлением разрыву и выражается в кгс/см или кгс мм . [c.218] В течение длительного времени полагали, что потеря сплошности материала (разрыв или скол) наступает тогда, когда напряжение (нормальное или тангенциальное) достигает некоторого предельного критического значения, и что при меньших напряжениях разрушения не происходит. [c.219] В настоящее время установлено, что представление о критическом характере процесса разрушения является неверным, так как все материалы при длительном воздействии внешних сил разрушаются при напряжениях, величина которых значительно меньше, чем при быстром- воздействии силы. Это означает, что величина сопротивления разрыву зависит от времени действия силы. [c.219] Время от момента приложения силы до момента разрыва называется долговечностью материала. Временная зависимость прочности при статической нагрузке называется статической усталостью материала, временная зависимость прочности при динамической нагрузке — динамической усталостью материала. Часто оба эти явления называют утомлением материала. [c.219] Явления статической и динамической усталости наблюдаются при деформации металлов, силикатных стекол, пластических масс, волокон, резин и других материалов. [c.219] А и а— постоянные величины, зависящие от природы матв риала. [c.219] Такой характер зависимости долговечности от напряжения наблюдается в очень широком интервале температур (рис. 81). Чем ниже температура, тем больше тангенс угла наклона прямой, т. е. тем больше величины Л и а. [c.219] Величины, входящие в правую часть уравнения, известны следовательно, можно рассчитать значение О—(Уд—- з для разных разрывных напряжений и температур. Результаты такого расчета, представленные на рис. 83, свидетельствуют о том, что выполняется уравнение прямой — о. Константы б о и 7 можно определить графически. [c.221] Величина [/ определяет активационный (энергетический) барьер, который нужно преодолеть, чтобы разорвать связи, ответственные за прочность тела. По величине этого барьера можно судить о том, какие именно связи рвутся при механическом разрушении полимерного материала. [c.222] Для решения вопроса о роли химических и межмолекулярных связей в процессе разрушения полимера было исследовано влияние ориентации (стр. 239) н пластификации (глава XX) на прочность вискозного и капронового волокон. Эги исследования1 показали, что при введении пластификатора прочность волокна понижается в 1,5 раза, в то время как величина активационного барьера (/р не изменяется. При ориентации прочность увеличивается, а величина Уд также не изменяется. Эти данные показывают, что разрыв полномерного материала происходит по химическим связям цепей главных валентностей. [c.222] Разрыв всегда происходит по химическим связям. Уменьшение величины энергетического барьера под действием растягивающих усилий определяется коэффициентом который очень чувствителен к изменению структуры материала и зависит от энергии межлюлекулярных связей. Усиление межмолекулярного взаимодействия, наблюдающееся, например, при ориентации, приводит к уменьшению коэффициента и, следовательно, к повышению прочности. Ослабление межмолекулярного взаимодействия, наблюдающееся, напри.мер, при пластификации, увеличивает коэффициент 7 и понижает прочность. [c.222] Долговечность полимерных материалов не зависит от способа их па1гружения. Так, лри непрерывном. пребывании образца под нагрузкой или лри нагружении того же образца через некоторые промежутки времени долговечность при одном и том же напряжении одинаковая. Это означает, что изменения, происходящие в твердо.м теле под действием растягивающих напряжений, не восстанавливаются при последующем снятии нагрузки (отдыхе), т. е. являются необратимыми. Эти необратимые изменения в образце, находящемся под нагрузкой, обусловлены образованием. микротрещин. [c.222] Гипотеза о влиянии шоверхностных трещин на прочность реальных низкомолекулярных материалов была выдвинута Гриффитсом, а затем развита А. П. Александровым и С. Н. Жур-ковым . Правильность этих представлений доказана опытами А. ф. Иоффе и его учеников . Так, три разрыве образцов каменной соли с одновременным растворением поверхностного слоя с трещинами разрывное напряжение повышалось от 0,4 до 150 кгс1мм . Известно, что прочность стеклянных нитей, предварительно протравленных фтористоводородной кислотой для снятия поверхностного слоя, также резко возрастает. [c.223] При механическом воздействии на изделия из полимерных материалов наблюдается явление растрескивания, причем обычно оно начинается с наиболее напряженных мест, например с отверстий, служащих для крепления деталей, и т. п. Явления растрескивания приобретают особое значение при иопользова-нии полимеров в тех областях, где важны их оптические свойства, которые при растрескивании ухудшаются. Вследствие образования множества мельчайших трещин, отражающих и рассеивающих сеет, происходит помутнение и так называемое серебрение поверхности. При рассмотрении деталей под определенным углом наблюдается яркий блеск поверхности. [c.223] Растрескивание происходит под влиянием внешних и внутренних напряжений . Внутренние напряжения — это напряжения, возникшие в процессе изготовления образца и взаимно уравновешивающиеся в нем без воздействия внешних сил. Иногда растрескивание полимерного материала происходит только под влиянием таких внутренних напряжений. Например, образец полистирола, в котором имеются внутренние напряжения, растрескивается при погружении в растворитель или при последующем испарении этого растворителя. [c.223] При исследовании при помощ и микроскопа образования и роста поверхностных трещин в полимерах было установлено, что трещины возникают не мгновенно после приложения нагрузки, а через некоторое время . Со временем образуются новые трещины, а трещины, появившиеся ранее, постепенно разра-стак тся. Поэтому одновременно в образце имеются трещины самых различных размеров. Скорость возникновения трещин (число трещин, появляющихся на 1 см поверхности за 1 сек) и скорость роста отдельных трещин (увеличение длины видимой в микроскоп трещины за 1 сек) зависят от напряжения и температуры. С повышением температуры и с увел ичением напряжения скорость обоих процессов возрастает. После достижения некоторого предела число трещин больше не растет, однако их размер продолжает увеличиваться. [c.223] Микротрещины образуются не только на поверхност , но и во всем объеме образца, и их образование является необратимым процессом длительный отдых образца после снятня нагрузки приводит к уменьшению размера трещины, но не к нол-но.му ее залечиванию . Трещина остается, и при приложении любого растягивающего усилия снова начинает расти. [c.224] Вернуться к основной статье