ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия и определения Значение проблемы прочности полимеров для науки и техники. . Г Физические и фазовые состояния полимеров из "Прочность полимеров" Практически ни в одной области применения полимерных материалов нельзя отвлечься от их прочности. Поэтому как конструкторов, использующих полимерные материалы, так и технологов, изготовляющих их, интересуют прежде всего факторы, от которых зависит прочность изделий в условиях эксплуатации. К, сожалению, особенности полимерных материалов таковы, что инженеры лишены возможности пользоваться классическими представлениями о сопротивлении материалов. Создание сопромата для полимеров является одной нз наиболее существенных научно-технических задач в этой области, а предпосылкой должна явиться теория прочности и деформационных лроцессов. Разработка ее осуществлялась в первую очередь путем исследования релаксационных явлений. В последнее время достигнуты также значительные успехи в области изучения надмолекулярных структур полимерных материалов и обнаружено большое влияние типа таких структур на механические свойства полимеров, в особенности на их прочность. [c.5] Отсутствие до настоящего времени монографии, посвященной прочности полимеров, является удивительным и печальным фактом. Поэтому книга В. Е. Гуля, как первая попытка такого рода, заслуживает пристального внимания. В ней собран и систематизирован большой фактический материал, представляющий несомненный интерес для технологов, конструкторов и исследователей, работающих в области изучения природы прочности полимерных глатериалов. [c.5] Мне кажется справедливой и основная концепция автора, которая сводится к тому, что специфические особенности строения высокополимеров проявляются в специфических закономерностях их разрушения. Способность макромолекул деформироваться проявляется в эффекте дополнительной ориентации. Материал, взятый для испытания, имеет структуру, существенно отличающуюся от структуры материала в том месте, где он разрушается. Релаксационные свойства, проявляющиеся в процессе разрушения, существенно отличаются от тех, которые оцениваются при обычных методах (например, релаксация напряжения при значениях деформации, малых по сравнению с разрывными). [c.5] При изучении проблемы прочности полимеров желательно возможно больше внимания уделить структуре полимеров, учитывая, что получаемые в последнее время интересные данные заставят, по-видимому, по-новому переосмыслить многие сложившиеся представления о механизмах проявления необычайных механических свойств высокомолекулярных веществ. [c.5] В настоящее время проблема прочности полимеров приковывает пристальное внимание большого числа исследователей, технологов и конструкторов, работающих в разнообразных отраслях народного хозяйства. Накоплено много экспериментальных данных, причем некоторые из них на первый взгляд кажутся противоречащими друг другу, В связи с этим назрела необходимость систематизировать эти данные и сформулировать наиболее приемлемую точку зрения на основные закономерности прочности полимерных материалов. [c.6] Данная монография.представляет собой попытку изложить по возможности в простой форме наиболее существенные достижения науки в этой области и наряду с общими закономерностями прочности оттенить особенности, свойственные полимерам. [c.6] Автор считает своим приятным долгом выразить признательность академику В. А. Каргину за просмотр рукописи и сделанные им ценные замечания, которые были учтены при окончательном оформлении монографии, доц. В. А. Кабанову за большой интерес и внимание, проявленные им в процессе редактирования, и к. X. н. В. В. Ковриге за помощь при подготовке рукописи. [c.6] Под прочностью в широком смысле слова понимают СВОЙСТВО тела противостоять разрушению, происходящему в результате действия внешних сил. Если, например, разрушение полимерного материала происходит под воздействием электрического поля, то определяют электрическую прочность, а если разрушение полимерного материала происходит под воздействием механических сил, то производят оценку механической прочности. В дальнейшем изложении мы будем рассматривать прочность в более узком смысле слова, имея в виду механическую прочность. Там, где по ходу изложения встретится необходимость выйти за рамки принятого частного определения, мы будем оговаривать это особо. [c.7] Поскольку изделия из полимерных материалов практически всегда работают под воздействием механических сил, прочность полимеров интересует работников промышленности пластмасс, резины, волокон, а также других отраслей техники, в которых применяются полимеры. Для технологов обычно наиболее важны закономерности, определяющие влияние технологических факторов на прочность изделий из полимерных материалов. Изготовление изделий из полимерных материалов включает, как правило, получение полимера, его переработку и создание конструкции, состоящей из различных материалов или различных комбинаций одного и того же материала. Поэтому на прочность готового изделия влияет технология получения полимера (режим полимеризации или поликонденсации, например температура, природа катализатора, состав реакционной смеси, т. е. соотношение количеств мономеров, инициатора, ингибитора, регулятора, растворителя), технология переработки полимера (например, режимы шприцевания, прессования, вытяжки, кручения и т. п.). [c.7] Большое влияние на прочность изделия оказывают особенности конструкции. При неудачном выборе конструкции полимерные материалы, хорошо зарекомендовавшие себя в других вариантах, могут не обеспечить достаточной прочности изделия. Так, напрнмер, применение высокопрочных сортов корда и эластомеров позволяет получить достаточно прочные авто- или авиапокрышки только в том случае, если при их конструировании предусмотрено достижение прочной связи между текстильным материалом корда и эластомером, обеспечено развитие соответствующих согласующихся деформаций в отдельных элементах конструкции и т. п. Полимерные материалы и волокна, обнаружившие хорошие показатели прочности при их раздельных испытаниях, могут не обеспечить удовлетворительных показателей прочности изготовленных из них армированных пластиков, если в конструкции неудачно выбрано сочетание этих материалов. [c.8] До недавних пор машиностроители вынуждены были создавать конструкции применительно к существующим видам материалов. В настоящее время появилась возможность создавать материалы с заранее заданными свойствами. Поэтому конструирование изделий требует теперь хорошего знания специфических механических свойств полимерных материалов и связи этих свойств с составом и химическим строением полимера. Требование выковать связующее звено на стыке двух наук, двух отраслей—химии и машиностроения является в настоящее время весьма актуальным. [c.8] Теоретические представления о разрушении тел значительно отстают от теории упругой, пластической и высокоэластической деформации так как разрушение является процессом неравновесным и в большинстве случаев нестационарным. Теория процесса разрушения относится к области физической кинетики, которая разработана значительно слабее, чем физика равновесных процессов. Развивающаяся в последнее время термодинамика необратимых процессов по всей вероятности, даст в руки исследователей ключ к пониманию многих явлений, сопровождающих необратимый процесс разрушения твердых тел и эластомеров. [c.8] Полимеры в зависимости от их строения и внешних условий могут находиться в двух фазовых состояниях аморфном и кристаллическом. Аморфное состояние подразделяется на три физических состояния стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. [c.9] Высокоэластическое (каучукоподобное) состояние—специфическое физическое состояние, свойственное только полимерным веществам. Оно характеризуется тем, что в процессе деформации полимерного тела реализуется гибкость макромолекул, которые представляют собой длинные цепи, состоящие из атомов, соединенных силами главных валентностей. Атомные группировки, соединенные ординарными химическими связями, вследствие теплового движения могут совершать крутильные колебания или вращаться относительно этих связей с сохране-ние.м валентных углов. Повороты вокруг простых связей приводят к изменению формы (конформаций) цепных молекул. Под действием деформирующей силы происходит направленное изменение конформаций молекулярных цепей. [c.9] Особенностью высокоэластического состояния полимера является возможность больших обратимых деформаций, реализующихся во времени. При высокоэластической деформации полимерного образца в нем совершается переход от одних среднестатистических конформаций цепных молекул к другим Такой переход осуществляется в результате перемещения кинетических единиц, представляющих собой достаточно большие участки цепных молекул, и, следовательно, для завершения этого перехода требуются достаточно большие промежутки времени. Поэтому вы-сокозластическая деформация обычно характеризуется четко выраженными релаксационными зависимостями. [c.9] В аморфных полимерах, макромолекулы которых не связаны в единую трехмерную пространственную сетку, при достаточно высокой температуре тепловое движение становится настолько интенсивным, что появляется возможность перемещения центров тяжести цепных молекул относительно друг друга под действием небольших сил. В этом случае воздействие внешней силы вызывает наряду с обратимой деформацией, связанной с изменением формы цепных молекул, также необратимую деформацию, вызванную перемещением макромолекул относительно друг друга, происходящим в результате согласованного движения участков цепных молекул . Такое состояние полимера называется вязкотекучим. [c.10] Стеклование в периодически меняющихся силовых полях наступает тогда, когда время внешнего воздействия (период поля) становится меньше собственного времени релаксации системы, т, е. когда цепные молекулы не успевают изменить форму за время, соэтзетствующее периоду поля. Такой эффект может быть достигнут как в результате понижения температуры при данной частоте воздействия, так и в результате увеличения частоты воздействия при неизменной температуре. [c.11] Общим для описанных двух видов стеклования является то, что ниже температуры стеклования механическое воздействие не вызывает изменения конформаций цепных молекул и, следовательно, высокоэластических деформаций. [c.11] Большие деформации, наблюдающиеся в полимерных стеклах, по многим внешним признакам похожи на пластические деформации поликристаллов. Однако, в отличие от последних, деформации полимерных стекол обратимы—исчезают при нагревании разгруженного образца выше температуры стеклования. [c.12] При достаточно низкой температуре или достаточно большой скорости деформации значения напряжения, необходимые для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия, оказываются столь большими, что молекулы полимера легче разрушаются, чем изменяют свою форму. При таких условиях разрушение за-стеклованного полимера не сопровождается развитием высокоэластической деформации. Тело становится хрупким. [c.13] Вернуться к основной статье