ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Понятия о пластическом и хрупком разрушении полимеров из "Механические свойства твёрдых полимеров" Как было показано в предыдущих главах, механические свойства полимеров в сильной степени зависят от температуры и скорости деформации. Характер зависимости нагрузки от деформации при постоянной скорости растяжения в общем случае изменяется с температурой, как было показано на рис. 2.1. При низких температурах нагрузка растет практически линейно с увеличением удлинения вплоть до момента разрушения, которое в данном случае происходит хрупко. При более высоких температурах достигается предел текучести, и нагрузка снижается перед тем, как произойдет разрыв, иногда при этом образуется шейка это пластическое разрушение, происходящее, однако, при весьма малых деформациях (обычно 10—20%). При еще более высоких температурах и соблюдении некоторых определенных условий происходит упрочнение при деформации и шейка стабилизируется, что обусловливает холодное течение полимера. Удлинения в этом случае обычно велики и достигают 1000%. Наконец, при температурах, превышающих температуру стеклования, наблюдается зависимость нагрузки от удлинения, характерная для каучуков. [c.307] Представление о переходе от хрупкого к пластическому разрушению является весьма существенным при обсуждении механических свойств металлов. Совершенно очевидно, что для полимеров положение оказывается гораздо более сложным уже потому, что здесь существует четыре, а не две области, в которых механическое поведение материала различно. Тем не менее представляет значительный интерес обсудить факторы, влияющие на переход от хрупкого к пластичному разрушению полимеров, а затем рассмотреть другие факторы, обусловливающие возникновение шейки и процесс холодной вытяжки. [c.307] Различие между хрупким и пластическим разрушением проявляется также в количестве энергии, диссипируемой при разрушении, и в природе поверхности разрушения. [c.308] Диссипируемая энергия представляет собой важную характеристику материала, используемую нри оценке возможностей его практических применений. Эту величину измеряют при испытаниях на ударопрочность но Шарпи и Изоду, как излагается далее. При тех скоростях, при которых практически производится испытание на прочность при ударных нагрузках, трудно определить вид кривой нагрузка — удлинение. Это свойство, характеризуемое термином ударная вязкость , обычно выражается количеством энергии, затрачиваемой на разрушение стандартного образца. [c.308] Внешний вид поверхности разрушения также указывает на различия между хрупким и пластическим разрушением. Это видно из рис. 12.1. К сожалению, современное состояние наших знаний о характере распространения треш,ин недостаточно, чтобы трактовать эти различия с позиций более глубоких, чем на основе чисто эмпирического описания. [c.308] Многие аспекты перехода от хрупкого к пластическому разрушению, включая влияние на этот переход надреза, которое будет рассмотрено отдельно, основаны на представлении о том, что хрупкое разрушение происходит тогда, когда напряжение перехода в шейку превышает некоторое критическое значение [1]. [c.308] Влияние химической и физической структуры полимера на переход от хрупкого к пластическому разрушению может быть проанализирован, исходя из указанного простого соображения, а также из рассмотрения того, как указанные факторы влияют соответственно на хрупкую прочность и предел текучести материала. [c.309] При выяснении влияния скорости деформации на механизм разрушения могут возникнуть определенные трудности. Так, при малой скорости деформации в определенном температурном интервале возникает шейка. Возможно, что при высоких скоростях тепло не может отводиться достаточно быстро. Поэтому в процессе деформации упрочнения не происходит, и образец разрушается шо пластическому механизму. Другими словами, здесь происходит переход от изотермического к адиабатическому режиму растяжения. Этот эффект обусловливает значительное снижение энергии, затрачиваемой на разрушение образца, и может иметь место при определении ударной прочности, приводя к устранению возможности хрупкого разрыва. Исходя из этого, было высказано предположение, что существуют две критические скорости, при которых энергия разрушения резко падает с ростол скорости деформации. Первая из них отвечает переходу от изотермического процесса деформации к адиабатическому (изотермический — адиабатический переход) и вторая, более высокая, — переходу от хрупкого механизма разрыва к пластическому (переход хрупкость — пластичность). Можно думать, что температура окружающей среды оказывает незначительное влияние на условия, при которых наблюдается изотермический — адиабатический переход, и большое влияние на переход хрупкость — пластичность. [c.310] Значения предела текучести полиэтиленов могут сильно различаться в зависимости от степени разветвленности полимера (которая влияет на кристалличность образца), вследствие чего температура перехода хрупкость — пластичность должна быть сложной функцией по крайней мере молекулярного веса и числа разветвлений основной цепи. [c.312] Боковые группы. Винсе нт [2] приводит доказательства того, что жесткие боковые группы увеличивают предел текучести и хрупкую прочность, тогда как гибкие боковые ответвления снижают предел текучести и хрупкую прочность. Следовательно, невозможно указать общее правило относительно влияния боковых трупп на переход хрупкость — пластичность. [c.312] Поперечные связи. Поперечное сшивание увеличивает предел текучести, но не влияет значительно на хрупкую прочность. [c.312] Поэтому образование поперечных связей сдвигает переход хрупкость — пластичность в сторону повышенных температур. [c.313] Пластификаторы уменьшают вероятность хрупкого разрыва, так как они обычно снижают предел текучести более значительно, чем хрупкую прочность. [c.313] Влияние среднечислового молекулярного веса (по Винсенту) на хрупкую прочность политэна (1) полиметилметакрилата (2), полистирола (3). [c.313] Очень простое объяснение эффекта надреза было предложено Орованом [1]. При глубоком симметричном надрезе поле напряжений в области сдвига идентично возникающему в случае плоского индентора, контактирующего без трения с пластиной при одновременном плоскостном растяжении [5] (рис. 12.5). [c.314] Винсент и другие исследователи установили, что эта классификация применима и к полимерам. Высказанные ими соображения были основаны, однако, преимущественно на качественных идеях Паркера [6]. Паркер предположил, что влияние надреза состоит в том, что он обеспечивает возникновение трехмерного поля напряжений, так как кроме сжатия в стержне с надрезом возникают поперечные напряжения Оз и Стд (см. рис. 12.6). [c.315] Винсент, вслед за Паркером, проводит различие между двумя типами разрушения при трехосном напряженном состоянии, когда разрыв образца происходит хрупко, и при сдвиге но механизму пластического разрушения. Острый надрез увеличивает роль трехосного напряженного состояния сравнительно с напряжением сдвига, увеличивая возможность хрупкого разрушения. Этот подход аналогичен объяснению, данному Орованом, однако он не дает ясного истолкования причин того, почему нанесение надреза оставляет неизменными условия хрупкого разрушения и влияет только на переход через предел текучести. [c.315] Теперь можно задать вопрос как высказанные выше идеи согласуются с известными свойствами полимеров. Винсент [7] построил диаграмму а , — Оу, весьма полезную для установления такой связи (рис. 12.7). Величина Оу отвечает значениям предела текучести в условиях растяжения со скоростью около 50% в минуту для полимеров, являющихся хрупкими нри растяжении, а у означает предел текучести при одноосном сжатии, а ст предел прочности, измеренный при изгибе со скоростью 18 мин при -180 °С. [c.315] Вернуться к основной статье