ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм разрушения высокоэластических полимеров из "Прочность и разрушение высокоэластических материалов" Разрушение каучукоподобных полимеров с теоретической точки зрения является чрезвычайно трудным вопросом. Сложность явления препятствует в настоящее время созданию сколько-нибудь удовлетворительной теории прочности этих материалов. В. Кун и Г. Кун предложили механизм разрушения резины, основанный на статистической модели сетки негауссовых цепей. Предполагается, что при растяжении каждая цепь претерпевает аффинную деформацию. Цепь рвется, если ее растяжение превысит некоторое критическое значение. Вследствие наличия в пространственно-структурированном полимере цепей различных длин цепи разрываются одна за другой по мере увеличения растягивающего усилия. Этот процесс нарастает, при некотором растяжении он становится катастрофическим, и образец рвется. Работы Ф. Бикки - по теории прочности каучукоподобных полимеров основываются на подобной гипотезе разрушения. [c.102] Такое представление о механизме разрыва широко распространено, но вызывает возражения. Так, Трелоар считает этот механизм маловероятным, поскольку допущение аффинной деформации цепей в области больших растяжений не соответствует реальной картине процесса деформации. Цепь, которая подвергается особенно сильному натяжению, может вместо разрыва перетащить соответствующие узлы в новые положения равновесия. Т действительно, уже первые исследования одного из авторов этой книги с сотр. привели к выводу, что реальный механизм разрущения каучукоподобных полимеров отличается от представлений В. Куна. К такому же выводу пришли Патрикеев- и другие исследователи. [c.102] Во всех случаях при медленных разрушениях резин первая (медленная) стадия разрыва начинается с образования очагов разрушения, пз которых растут надрывы, являющиеся аналогами трещин в хрупких материалах. [c.106] Вблизи вершины надрыва материал находится в перенапряженном состоянии, вследствие чего в этом месте происходит дополнительная деформация и ориентация материала. Это обнаруживается при наблюдении образцов прозрачных резин в поляризованном свете (рис. 67), а] также при скоростной кино- ъeмкeЗ . [c.108] Напряжение у вершины надрыва по мере уменьшения остающегося сечения образца возрастает, что приводит к ускорению роста надрыва. Когда напряжение в оставшемся сечении достигает некоторой критической величины, разрыв переходит в быструю стадию образуются обычные трещины (такие же, как в хрупких телах), которые растут со скоростью, близкой к скорости распространения звука в резине. Эта стадия разрушения длится лишь малые доли секунды. [c.110] Быстрая стадия разрыва пространственно - структури -рованных полимеров приводит к образованию зеркальной зоны, покрытой линиями сколов, напоминающими гиперболы на поверхностях разрыва твердых полимеров (см. стр. 94 ). При быстрых разрывах, когда щероховатая зона отсутствует, поверхность разрыва зеркальногладкая и покрыта мелкими, мало заметными на глаз линиями сколов. При медленных разрывах зеркальная зона, образующаяся во второй стадии, покрывается наряду с мелкими крупными линиями сколов. У низкомодульных резин (рис. 68) линии сколов встречаются значительно реже, но они крупнее, чем у высокомодульных. [c.110] Наличие линий сколов свидетельствует о том, что во второй стадии разрыва в оставшемся сечении образца на разных близких друг к другу уровнях образуются новые центры, из которых растут трещины и, встречаясь, дают линии сколов. Линии сколов иногда похожи на кривые второго порядка, но вершины гипербол, парабол и дуг не всегда обращены в сторону первоначального центра разрыва, как это наблюдается у твердых полимеров. Для объяснения этого следует допустить, что центры новых разрушений на одном и том же уровне образуются часто не вблизи растущего надрыва, а в любых местах сечения и вероятнее всего у поверхности образца. [c.110] быстрый разрыв происходит без образования надрывов, в результате прорастания треш,ин разрушения, медленный—путем образования и прорастания надрывов . В первом случае поверхность разрыва гладкая, во втором—шероховатая. На первой стадии разрушения растут дефекты в виде надрывов, дающие шероховатую зону поверхности разрушения, на второй— дефекты в виде трещин, дающие гладкую зону. В соответствии с этим разрушение резин происходит вследствие роста дефектов двух видов надрывов и трещин . Механизм разрушения ири прорастании трещин в резине аналогичен таковому ири разрушении хрупких тел (непосредственный разрыв связей), чем и оправдывается термин трещина для высокоэластичного материала. Образование сильноориентированных тяжей на первой стадии разрушения связано с преодолением межмолекулярных связей. Поэтому молекулярный механизм медленного разрыва высокоэластичных полимеров состоит из элементарных актов, включающих преодоление межмолекулярного взаимодействия при образовании тяжей и разрыв химических связей. [c.111] Аналогичный механизм разрущения наблюдается ири отрыве пленки высокоэластического материала от твердой поверх-ности . При малой скорости отслаивания наблюдается когезионный тип разрушения сначала образуются тяжи, которые затем разрываются. На поверхностях пленки и подложки остаются следы этих тяжей (поверхности шероховатые). При больших скоростях наблюдается адгезионный тип разрушения, когда тяжи не образуются и пленка целиком отрывается от поверхности подложки (поверхность гладкая). [c.111] Образование тяжей можно рассматривать как процесс расслоения ориентированного полимерного материала в неоднородном поле напряжений. Как следует из наблюдений Гуля и Черни-на39,4о, следы тяжей начинают образовываться в сечении образца впереди растущего надрыва. Следовательно, так же как у пластмасс впереди трещины имеется зона расслоившегося материала в виде трещины серебра , так и у резин впереди надрыва имеется зона материала, подготовленного к расслоению на тяжи. Это подтверждается исследованиями в которых было показано, что структура полимерного материала вблизи дефекта, разрастающегося в процессе разрыва, сильно отличается от структуры, характерной для образца в целом. По существу, рвется не исходный полимерный материал, а материал иной структуры, ориентированный и обладающий иными (по сравнению с исходным) релаксационными свойствами. Изменения, которые претерпевает материал в месте роста надрыва, определяют характер процесса разрущения образца. При существенном изменении степени дополнительной ориентации соответственно изменяются все характеристики прочности материала. Скоростной киносъемкой процесса разрыва удалось измерить дополнительную ориентацию в месте растущего надрыва, определить форму и размеры растущего дефекта при быстром разрушении и скорость роста надрыва на различных стадиях процесса разрушения. К концу процесса разрушения скорость роста надрыва быстро и скачкообразно увеличивается, что, вероятно, связано с обрывом тяжей. [c.112] Переход от механизма разрыва полимера в стеклообразном состоянии к разрыву этого же полимера в высокоэластическом состоянии прослежен на полиэтилентерефталате В стеклообразном состоянии полимеры разрущаются по плоскости перенапряжений, расположенной впереди растущей трещины. Высоко-эластические полимеры разрушаются в результате вытяжки и скольжений вдоль оси растяжения участков материала, из которых образуются затем тяжи. [c.112] Рассмотренный механизм разрушения наблюдается как у пространственно-структурированных каучукоподобных полимеров, так п у технических резин, наполненных сажей з. з4 Знание этого механизма имеет большое практическое значение для правильного понимания процессов разрушения резино-техническнх изделий, подвергающихся в эксплуатации длительному действию постоянных или переменных нагрузок. При этом разрущение начинается с медленной стадии разрыва, практически полностью определяющей долговечность изделий. В этом смысле стандартные испытания резин на разрывной машине не отражают истинной картины разрушения изделия в эксплуатации. [c.113] Вернуться к основной статье