ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм разрушения твердых полимеров из "Прочность и разрушение высокоэластических материалов" Твердые полимеры, подвергнутые растягивающим напряжениям, при определенных условиях (относительно высокие температуры, малые скорости растяжения и др.) испытывают холодное течение, а затем разрушаются в ориентированном состоянии так же, как и волокна. Хрупкое разрушение полимеров проявляется как в классической форме хрупкого разрыва, так и в виде растрескивания материала с появлением множества поверхностных трещин, без нарушения целостности образца. [c.92] При малых растягивающих постоянных напряжениях и, следовательно, медленных разрущениях в твердом аморфном полимере сначала образуется большое число трещин серебра . Лишь в последующем могут образоваться обычные трещины разрушения, разделяющие образец на части, а при очень малых напряжениях они вообще не возникают и образец не разрывается неограниченно долго. При воздействии относительно больших для данной температуры напряжений разрушение пол1 меров близко к классическому хрупкому и сводится к преимущественному росту на первой стадии одной или нескольких наиболее опасных трещин. При этом, как и в случае хрупкого разрушения, образуются, обычно две зоны поверхности разрыва зеркальная и шероховатая (рис. 51). [c.92] С повышением температуры возрастает скорость роста треш,пн и разрушение происходит прп более низких напряжениях. В этом смысле нагрузки, безопасные прп низких температурах, становятся опасными при высоких. Поэтому характер разрыва при одном и том же напряжении или скорости деформашн с повышением температуры по виду поверхностей разрыва приближается к классическому хрупкому—четко выражены две зоны на поверхности разрушения (рис. 51,6). При этом соблюдается правило, согласно которому с повышением температуры происходит постепенное вытеснение шероховатой зоны зеркальной, как и в случае обычных хрупких материалов. [c.93] Если трещины начинают раст1 одновременно, то 0 = 0 и из уравнения следует уравнение прямой х--=хд 2 (см. рис. 53, верхняк схема). Если вторая трещина начнет расти н тот момент, когда фронт первой достигнет ее центра, то 0 = а о, о, что приводит к уравнению (/=0, согласно которому гипербола вырождается в прямую, совпадающую с осью х. При еще больших временах О фронт первой трещины уходит вперед и пересечения фронтов ие происходит. [c.95] Оказалось1 , ЧТО линии скола у полиметилметакрилата достаточно хорошо удовлетворяют этому уравнению, а у полистирола линии скола часто не являются гиперболами и даже могут быть замкнутыми кривыми Это указывает иа то, что в полиметил-метакрилате скорости роста вторичных и первичной трещин действительно постоянны и одинаковы, а в полистироле они различны или же меняются в процессе разрушения. [c.96] При малых нагрузках происходит только растрескивание материала и образуются мельчайшие трещины серебра . Это явление, обнаруженное Александровым в 1932 г., было затем подробно исследовано Регелем и одновременно Сяо, Максвеллом и и др. путем из.мерения интенсивности света, отраженного от поверхностей этих трещин, а также непосредственным наблюдением поверхности образца под микроскопом и киносъемкой процесса разрущения. [c.96] Исследования в атмосфере чистого азота и кислорода показали, что влияние среды на растрескивание несущественно. Однако внутренние трещины в пластмассах всегда образуются реже, чем поверхностные, из-за большей дефектности поверхности образца. [c.96] Скорость возникновения трещин серебра (число трещин, появляющихся за 1 сек на 1 см поверхности) и скорость их роста сильно возрастают с увеличением напряжения и температуры. Общая же закономерность протекания процесса растрескивания во времени остается той же число трещин с течением времени достигает некоторого предела и далее ие увеличивается средний размер трещин увеличивается все время, вначале быстро, затем медленнее. Это объясняется тем, что по мере возникновения иа поверхности образца трещин серебра и их раскрытия поверхностные слои образца частично разгружаются. Кроме того, все дефекты, на которых могут при данном напряжении возникать трещины, постепенно исчерпываются, в связи с чем число трещин не может неограниченно возрастать. С увеличением напряжения число трещин, приходящихся на 1 слг поверхности, возрастает, а их средний размер уменьшается. [c.96] Число трещин и их средний размер существенно зависят ог механической обработки поверхности. Если после растрескивания образец отжечь нли сжать, то трещины серебра исчезают, образец залечивается , но дефекты остаются, и при последующем растяжении воспроизводится первоначальная картина растрескивания. [c.96] Это препятствует преимущественному росту какой-либо отдельной трещины и отчасти объясняет постоянство скорости роста трещин серебра . [c.97] Обычные трещины разрушения, развивающиеся при больших нагрузках и низких температурах (ниже Тур ) в отличие от трещин серебра , растут с ускорением. [c.97] Таким образом, прп больших нагрузках и низких температурах процесс разрушения твердых аморфных полимеров происходит так же, как и в обычных хрупких телах. При малых напряжениях и высоких температурах процесс разрушения специфичен и состоит из двух основных стадий медленного развития трещин серебра на первой стадии и образования обычных сквозных трещин разрушения на второй, причем первая стадия занимает основную часть времени разрущения и закономерности временной зависимости прочности определяются именно этой стадией. [c.97] Изменение конфигурации трещины серебра (в разрезе) по мере ее роста (i—полуширина трещины) . [c.98] Из постоянства скорости роста трещин серебра следует, что скорость их роста определяется в основном средним напряжением в образце и не должна зависеть от масштабного фактора. Действительно, в отличие от обычных трещин изменение абсолютных размеров псевдотрещин во времени при заданном напряжении не зависит от размеров образца, что характерно и для ползучести полимеров (рис. 56). [c.98] Скорость роста трещин серебра значительно увеличивается с увеличением нагрузки, но глубина их предельного проникновения в образец при этом снижается в связи с образованием трещин разрушения. С уменьшением напряжения глубина проникновения псевдотрещин в образец к моменту перехода к стадии образования трещин разрушения при всех температурах возрастает. [c.98] Трещины серебра , таким образом, нельзя отождествлять с обычными трещинами разрущения. Эти псевдотрещины при постоянной растягивающей нагрузке растут с постоянной скоростью и, хотя достигают размеров, сравнимых с размерами образца, но не приводят к немедленному разрушению скорость роста трещин серебра определяется напряжением, рассчитанным на все сечение образца, независимо от размеров самих трещин при разгрузке образца трещины серебра в отличие от трещин разрушения не смыкаются модуль упругости образца не изменяется по мере увеличения числа и размеров трещин серебра . [c.99] Хотя процесс роста трещин серебра и отличается от процесса разрушения (роста трещин разрущения), он с ним связан. Серебрение можно назвать процессом подготовки полпмера к разрушению. Участие трещин серебра в разрушении определяется, по-видимому, тем, в какой мере ослабление материала в результате появления микрорасслоений компенсируется упрочнением тяжей, скрепляющих створки трещин серебра . Трещины разрушения растут вслед за трещинами серебра путем разрыва тяжей на две части (см. рис. 54). Следовательно, впереди трещины разрушения находится трещина серебра , т. е. область частично расслоившегося и сильно деформированного (подвергнутого холодной вытяжке) материала. Вершина трещины разрущения представляет собой область тяжей (см. рис. 54). Прн распространении трещины разрушения область тяжей впереди нее непрерывно воспроизводится заново. [c.99] Это показывает, что хотя разрушение и деформация твердых полимеров идут одновременно, они не являются процессами, протекающими по одинаковому механизму. Такого же рода соотношение связывает долговечность и относительную скорость роста псевдотрещин, причем показатель степени также отличен от единицы. Из того, что трещины серебра растут практически в течение всего времени пребывания образца под напряжением, нельзя делать вывод о том, что процессом серебрения исчерпывается процесс разрущения пластмасс. Разрущение и растрескивание— различные процессы, хотя они, очевидно, тесно и сложным образом взаимосвязаны. [c.100] Строение трещин серебра позволяет сформулировать условия их появления в полимерах. Их появление определяется соотношением при данных условиях опыта между скоростью вынужденноэластической деформации в перенапряженных местах материала и скоростью роста трещин разрущения. С понижением температуры и увеличением скорости деформации предел вынужденной эластичности возрастает настолько, что образец разрушается раньше, чем успевают образоваться тяжи, и процесс идет только путем роста трещин разрушения. Переход от одного механизма разрушения к другому происходит постепенно область трещины серебра впереди трещины разрущения все более сужается и прп низких температурах и больших скоростях деформации—исчезает совсем. При обычной температуре исследования (20 С) у одних пластмасс (полиметилметакрилат, поливинилацетат) разрушению предшествует образование трещин серебра , у других (ацетат целлюлозы) наблюдается только хрупкое разрушение. [c.100] Вернуться к основной статье