Ударная прочность и деформируемость

из "Полимерные смеси и композиты"

Включение частиц каучука в матрицу хрупкого пластика, как и следовало ожидать, очень существенно повышает его ударную прочность. И действительно, этот факт является главной причиной использования эластомеров в смесях и привитых сополимерах [775]. Упрочнение таких материалов (по сравнению с исходным полимером) наблюдается и при других (помимо удара) условиях воздействия, таких как простое медленное растяжение и длительное статическое и динамическое нагружение, вызывающее усталость. Предполагают, что во всех этих случаях важную роль играют несколько механизмов деформирования их соотношение в суммарном процессе может зависеть от полимера и природы воздействия. [c.89]
В этом разделе будут рассмотрены деформационные свойства типичных систем эластомер — полимер при низких и высоких (ударных) скоростях воздействия в статических испытаниях и при низкочастотном циклическом нагружении (усталостные явления). Вероятные механизмы упрочнения, например контролируемое образование микротрещин, обсуждаются в разд. 3.2.3.1 (см. также разд. 1.16 и 12.1.2.4). [c.89]
Материалы, имеющие ударную прочность около 5,3 кгс-см/см или более, обычно относят к ударопрочным. [c.91]
Описанные выше три типа зависимости разрушающей силы от времени были найдены для процессов разрушения ударопрочного полистирола при различных температурах, но они также справедливы и для других полимерных смесей и привитых сополимеров, Бакналл и Стрит [149] наблюдали указанные закономерности также для АБС-сополимеров (рис. 3.17), модифицированного каучуком ПВХ, метилметакрилат-бутадиен-стирольных (МБС) сополимеров. Как и следовало ожидать, содержание каучука является важнейшей характеристикой материала, определяющей как абсолютное значение прочности (см. рис. 3.16 и 3.17), так и наблюдаемый тип разрушения. Как видно из рис. 3.17, чем выше содержание каучука, тем при более низких температурах протекает разрушение по типу II так, при 20 °С разрушение этого типа наблюдается только, если содержание каучука превышает 10%. [c.92]
Остановимся еще на нескольких наблюдениях. Во-первых, как для ударопрочного ПС, так и для АБС-сополимеров характерно существенное помутнение (побеление) даже при малых деформациях. Начало помутнения, по-видимому, связано с развитием вынужденно-эластической деформации и, как было показано для АБС и ударопрочного ПС, является прямым следствием возникновения микротрещин (см. разд. 3.2.3.1) в матрице, прилегающей к частицам каучука [141, 142, 148, 149, 375, 440]. Помутнение также обычно наблюдается в модифицированном каучуком ПВХ [727] оно не обязательно в образцах ПВХ, которые не содержат эластической фазы, но появляется также в образцах, обладающих высокой ударной вязкостью при повышении температуры. [c.93]
ПВХ не расширяется в достаточной степени, а последнее скорее возможно в системах со слабым межфазным взаимодействием. [c.94]
В-третьих, при деформировании плотность ударопрочного ПС уменьшается лриблизительно на 8% [621], а коэффициент Пуассона изменяется от 0,33 до 0,15 [675]. Более того, для ПВХ и ПВХ, модифицированного каучуком, плотность сложным образом зависит от деформации [727] в первом случае плотность сначала возрастает и затем достигает постоянного значения, в то время как в последнем случае после начального возрастания плотность опять уменьшается. И здесь разнообразие эффектов, по-видимому, отражает различные соотношения между явлениями растрескивания и сдвиговой текучести в различных полимерах и в различных режимах нагружения. [c.94]
Испытания материалов на ползучесть могут быть полезны для выяснения относительной роли сдвиговой текучести и процесса образования микротрещин [144]. Обширные и элегантные работы Бакналла и других исследователей [144, 145, 146, 150, 152] продемонстрировали важность этого метода для изучения широкого круга модифицированных каучукамп пластиков, включая и такие, как ударопрочный ПС, АБС-пластики н АБС-пластики, модифицированные поли-2, 6-диметил-1,4-фениленоксидом (ПФО). Типичные кривые приведены на рис. 3.20 и 3.21. [c.95]
В то же время для смесей ударопрочного ПС с ПФО при увеличении концентрации последнего наблюдается возрастание роли деформации сдвига. Для сравнения укажем (рис. 3.21), что типичный ударопрочный АБС-сополимер подвержен растрескиванию только при деформации (линейной) около 2,5%, но и то только в том случае, когда напряжение не менее 27 МН/м . Таким образом, при низких напряжениях и деформациях АБС-пластики деформируются преимущественно вследствие сдвигового течения, в то время как ударопрочный ПС имеет тенденцию к растрескиванию при всех условиях. Однако для АБС-пластиков баланс изменяется с увеличением напряжений и деформаций, и вклад растрескивания в суммарную деформацию возрастает с нуля приблизительно до 85%. Природа матрицы также имеет определенное значение в общем случае можно утверждать, что чем выше пластичность матрицы, тем менее заметно образование микротрещин. Интересно, что для ПВХ, модифицированного АБС-сополимером, вклад растрескивания в деформацию ползучести составляет только 10% [44], что находится в довольно хорошем соответствии с результатами деформационных исследований, рассмотренных выше. [c.96]
Недавних исследованиях по изучению усталостных явлений Мэнсон и Хертцберг [575] обнаружили вокруг частиц каучука в ударопрочном ПС обширное экваториальное растрескивание (подробнее см. раздел 3.2.3.1). [c.98]
Что же касается деформационно-прочностных свойств упрочненных каучуками пластиков при растяжении и ударе, то основным механизмом поглощения энергии, по-видимому, является растрескивание. Усталостные явления в этих материалах, по крайней мере качественно, вероятно определяются теми же эффектами, которые проявляются при растягивающих и ударных нагрузках. [c.98]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология