ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые закономерности влияния химического строения, размеров и формы макромолекул на прочность полимеров Общие закономерности прочности полимеров из "Прочность полимеров" Прежде чем перейти к описанию влияния химического строения, размеров и формы макромолекул на прочность полимеров, целесообразно суммировать некоторые самые общие закономерности прочности, соблюдающиеся независимо от строения макромолекул. [c.159] В результате накопления большого экспериментального материала и теоретических исследований, приведенных в предыдущих главах, представляется возможным сформулировать некоторые общие закономерности прочности твердых тел и специфические особенности механического разрушения полимеров. [c.159] Следует принять, что разрушение происходит не только за счет механической работы, но и в значительной мере за счет теплового движения элементов структуры. Тепловое движение разъединяет элементы структуры, а деформирующая сила способствует этому процессу и фиксирует его в опредепенном направлении. [c.159] Вследствие флуктуации тепловой энергии с определенной частотой происходит разрушение связей, обусловливающих прочность материала. Согласно современным представлениям прочность не характеризуется предельной величиной, носящей характер некоей константы. Разрушение твердых тел может происходить при различных нагрузках. Скорость этого процесса зависит от величины приложенного напряжения. [c.160] Исследование общих закономерностей прочности твердых тел удобно производить в терминах долговечности и постоянного разрушающего напряжения, так как при этом легче оценить влияние различных факторов температуры, пластификаторов и т. п.. а также проследить изменение долговечности, наблюдая процесс при разных значениях разрушающего напряжения (постоянного во время опыта). [c.160] ЗначениеТц по порядку величины оказалось близким к периоду собственных колебаний атомов. Активационный барьер процесса разрушения Ug в отсутствие напряжения для металлов равен энергии сублимации. Коэффициент 7, характеризующий скорость уменьшения барьера с напряжением и имеющий размерность объема, существенно зависит от структуры материала и, вероятно , связан с перенапряжением на дефектах в реальных твердых телах. По физическому смыслу эта величина представляет собой объем, в котором осуществляется элементарный акт перехода потенциальной механической энергии в энергию образования поверхности и в тепловую энергию. [c.160] Непосредственное наблюдение за состоянием образцов ацетата целлюлозы, находящихся под нагрузкой, производилось с помощью установки для микрокиносъемки (рис. 139). В отличие от скоростной кинофотосъемки, описанной ранее, в этом случае производилась замедленная киносъемка для изучения медленных процессов разрушения, наблюдаемых при испытании на долговечность. [c.161] Разрушение образца происходит вследствие роста одиночных трещин, появляющихся на краях образца. Изредка наблюдается возникновение двух рядом расположенных конкурирую-и ,их трещин. Движение одной из них затухает и прекращается. В нескольких случаях было зафиксировано появление трещины в середине образца. [c.162] Опытным путем была определена зависимость скорости роста трещин от среднего напряжения в неразорванной части образца. По снятым микрокинсфильмам измеряли скорости роста трещины и, отвечающие ссответствукщим значениям а. Результаты измерений, нанесенные на график в полулогарифмических координатах lg V —Зр, представлены для двух исследованных материалов на рис. 142. [c.163] Экспериментальные точки в обоих случаях хорошо укладываются на прямые линии в координатах lg ь —о . Таким образом, скорость роста длины трещины экспоненциально зависит от напряжения, т. е. [c.163] Предэкспоненциальный множитель для триацетата на много порядков меньше, в связи с чем этот материал значительно прочнее. [c.164] Экспоненциальная связь между скоростью роста трещины и напряжением дает возможность ответить на вопрос, почему развитие трещин при испытании на долговечность носит лавинообразный характер. Рост трещины при разрыве под действием постоянной нагрузки сопровождается постепенным увеличением напряжения а. Это в свою очередь, согласно выражению (40а), резко увеличивает скорость роста трещины и определяет самоускоре-ние при ее развитии. Экспоненциальный рост зависимости скорости распространения трещины от напряжения обусловливает преимущественные условия для развития трещин в перенапряженных микрообластях. [c.164] При наличии перенапряжения скорость роста трещин будет намного выше средней скорости развития микротрещин в остальном не перенапряженном объеме образца. Ускорение процесса роста трещины при последующем ее развитии еще больше усиливает неравенство условий. Микротрещина, рост которой начался из перенапряженного центра, за данный отрезок времени успеет развиться в большую трещину, являющуюся причиной разрыва образца. [c.164] Трещины, растущие в менее напряженном поле, за это время лишь незначительно увеличатся в размерах. [c.164] Общие закономерности механического разрушения твердых тел применимы к полимерам только при условии, что их структура не претерпевает существенных изменений в процессе разрушения. Однако для эластомеров характерны значительные изменения структуры при их нагружении. Эти структурные изменения сводятся, главным образом, к изменению ориентации материала (см. главу IV, 3). [c.164] В последнее время весьма интенсивно развертывается исследование прочности эластомеров с привлечением обших энергетических представлений и с попытками разобраться в молекулярном механизме механического разрушения - . [c.164] Однако возможно, что уменьшение упругой энергии , обусловливающее увеличение надреза при постоянной общей деформации, компенсировано не увеличением свободной энергии поверхности, а другим путем. Естественно ожидать, что такое возрастание энергии будет пропорционально увеличению длины надреза и может быть определено (для случая, когда длина надреза велика по сравнению с толщиной и шириной образца) первоначально по картине распределения напряжений и деформаций в непосредственной близости от вершины надреза. [c.165] Эта картина изменяется с ростом надреза быстрее, чем форма образца. [c.165] Энергия, увеличивающаяся с ростом надреза, является характеристической энергией раздира тонкой полоски материала, даже если она зависит от формы надреза. Принимают , что величина характеристической энергии в значительной мере определяется формой надреза вблизи вершины и степенью растяжения в вершине в момент раздира. [c.165] В меньшей мере она зависит от формы образца и от того, как приложена сила в областях, существенно удаленных от вершины трещины. [c.165] Вернуться к основной статье