ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Подход к расчетам прочности полимерных материаПрочностные и деформационные характеристики линейных молекулярных структур из "Применение полимерных материалов в конструкциях, работающих под нагрузкой" В табл. 17 и 18 приведены данные о старении полимерных материалов в различных климатических условиях, полученные на зональных климатических станциях. [c.82] Из данных табл. 17 следует, что в процессе старения полимерных материалов на резольных смолах (К-21-22 и монолит) значительно возрастают модуль упругости и твердость, тогда как для материала на новолачной смоле (К-18-2) оба эти показателя практически остаются постоянными после длительного пребывания в условиях московского климата. Это указывает на то, что старение в этом случае сводится преимущественно к завершению процессов отверждения изделий из реактопластов, не закончившихся при прессовании. Увеличение сопротивления статическому изгибу наблюдается у всех трех материалов и объясняется, по-видимому, потерей влаги и летучих продуктов по сравнению с контрольными образцами. К сожалению, среди приводимых показателей отсутствует показатель изменения линейных размеров образца. По этому показателю можно было бы более точно указать причины упрочнения материалов после старения. [c.83] В табл. 18 приведены данные о старении слоистых пластиков и чистых термопластов (в листах). Из этих данных ясно, что прочность при растяжении и деформационные свойства слоистых и листовых полимерных материалов в результате старения ухудшаются. [c.83] Сравнение данных табл. 17 и 18 показывает, что прессовочные порошки из реактопластов в различных климатических условиях работают значительно. лучше слоистых пластиков. Среди термопластов лучше всего переносит пребывание в атмосферных условиях полиметилметакрилат (органическое стекло). [c.83] Примечание. Исходный и контрольный образцы перед испытаниями и измерениями подвергались выдержке при 23° С и 50%-ной относительной влажности воздуха в течение 2 недель. [c.85] В последнее время появилась интересная работа в которой приведены данные о влиянии условий климата США на стабильность линейных размеров образцов термопластов, полученных литьем под давлением. Эти данные заполняют пробел, касающийся влияния старения на стабильность линейных размеров образцов полимеров (табл. 19 и 20). [c.86] При анализе данных табл. 19 и 20 обращают на себя внимание два факта. Во-первых, то, что максимальные изменения линейных размеров образцов в ходе старения в климатических условиях происходят по их толщине, а минимальные — по длине. Во-вторых, то, что максимальное изменение линейных размеров образцов по обоим направлениям наблюдается после первых 6 месяцев старения. Эти факты наводят на мысль, что изменение размеров испытанных термопластов обусловливается главным образом релаксационными процессами рассасывания ориентационных напряжений. Однако у таких влагоемких термопластов, как полиамиды (найлон 6), наблюдающееся относительно большое изменение линейных размеров образцов, по-видимому, связано с суммарным действием релаксационных процессов и влаги воздуха. [c.86] Из результатов исследования может быть сделан следующий вывод, общий для отливок из термопластов стабильность линейных размеров образцов полимеров в процессе их старения в атмосферных условиях может быть достигнута снижением величины остаточных ориентационных напряжений посредством выбора оптимальных параметров литья под давлением, конструкции литников (см. стр. 240—245) и посредством кондиционирования (тренировки) образцов в условиях стандартной влажности воздуха (максимальной для данных климатических условий) и подходящей температуры (вблизи полимеров). [c.87] На основе принятых в прикладно механике теорий прочности упругих и квазиупругих тел при некоторых допущениях (малые деформации, полностью изотропное тело) можно оценить прочность полимерных материалов в условиях эксплуатации. Предполагается, что передача внешних нагрузок в рассмотренных телах происходит от точки к точке и поэтому может быть исследована посредством геометрического анализа (методом сечений). [c.88] Даже чистые полимеры, не говоря уже о технических продуктах (композиции с разнообразнымп наполнителями), только после значительных упрощений и допущений могут быть отнесены к вязкоупругим телам. При этих условиях можно было попытаться создать неполную теорию прочности полимеров, и то только для случая малых деформаций. Наиболее полные исследования в указанном плане сделаны Т. Алфреем (в его работе использованы также многочисленные экспериментальные данные и других исследователей). И тем пе менее по данным этой работы нельзя вывести более или менее простых уравнений для расчетов на прочность реальных полимерных материалов, так как их поведение пе описывается теорией, справедливой для простейшего вязко-упругого тела. [c.88] Теории прочности полимеров и материалов на их основе должны разрабатываться с учетом данных молекулярной физики, которой предстоит построить и описать типовые модели структур различных полимеров. Такие теории позволят делать расчеты полимеров на прочность тем более точно, чем больше будет найдено общих черт для всех типовых моделей (молекулярные системы) и чем точнее будут определены особенности каждой модели. [c.88] На данной стадии применения полимерных материалов в конструкциях, работающих под нагрузкой, главной задачей является обеспечение инженеров и техников информацией о некоторых теоретических вопросах, ближе всего касающихся эксплуатационных свойств полимерных материалов в элементах конструкций. Эти вопросы почти во всех приведенных случаях не покоятся на строгой теории, но всегда содержат данные опыта. На первых порах указанная информация позволяет, с одной стороны, сразу использовать ее данные в практике, а с другой — открывает возможности совершенствования и внесения коррективов по мере развития теории и накопления результатов опыта. [c.89] Из известных теорий прочности полимерных материалов остановимся на двух, в которых критериями расчетов являются предельное напряжение (механическая прочность) и допустимая деформация. В первом случае потребуется введение некоторого эмпирического коэффициента запаса прочности, который не только позволяет избежать разрушения конструкции в условиях эксплуатации, но гарантирует устойчивость ее формы во времени. Такая постановка проблемы потребует исследования всех возможных причин нарушения устойчивости конструкции во времени иод действием внешней нагрузки и внешней среды. Прп этом деформации материала конструкции не рассматриваются. Во втором случае коэффициент запаса определяется по предельно допустимой деформации материала, которая должна быть меньше разрушающей деформации за заданный срок службы детали. Условие устойчивости формы во времени в этом случае должно быть обеспечено. [c.89] Один пример поможет уяснить приведенные различия двух исходных критериев. Допустим, требуется рассчитать на прочность брус из полимерного материала, эксплуатируемый в климатических условиях нашей страны при одноосном растяжении. [c.89] Перечисленные сведения позволяют установить ту долю предела прочности при растяжении образца в стандартных условиях испытания, которая обеспечивает безопасную нагрузку на брус в наиболее неблагоприятных условиях его эксплуатации для данного режима. [c.90] Эти сведения при заданных допустимых деформациях за заданный срок эксплуатации позволяют установить величину напряжения, при котором конструкция может выдержать нагрузку в течение указанного времени в наиболее неблагонриятных условиях эксплуатации бруса. [c.90] Из вышесказанного следует, что при любом критерии расчета па прочность конструкции из полимерного материала необходимо знать временную зависимость предела прочности при наиболее неблагонриятных климатических условиях (или вообще условиях внешней среды). [c.90] Прочностные и деформационные свойства полимеров и материалов на их основе сильно чувствительны к температуре в большинстве случаев как раз в интервале рабочих температур машин и сооружений. [c.90] На рис. 22 показана диаграмма растяжения полимера в зависимости от температуры при постоянной скорости растяжения. На рис. 23 показана зависимость максимального напряжения Омане, от температуры. Кривая на рис. 22 показывает, что полимер при напряжении Ор разрушается хрупко. Если образец того же полимера нагреть до температуры Т , лежащей между Гхр. и Тс, то кривая растяжения по типу разрушения соответствует области 2 (рис. 23), хотя образец находится в стеклообразном состоянии. [c.90] Следовательно, кривая растяжения без указания температуры эксплуатации детали или конструкции и скоростей приложения внешней силы (или скорости деформирования) не может являться достаточной расчетной характеристикой прочностных и деформационных свойств полимеров и материалов па их основе. По кривой в координатах напряжение — деформация (кривая растяжения, в частности), полученной при максимальных и минимальных рабочих температурах и действительных скоростях приложения внешней силы (или скоростей деформирования), можно ответить только приблизительно на следующий вопрос является ли прп заданных условиях эксплуатации данный полимерный материал пригодным для конструкционных целей Если ответ будет положительным, потребуется собственно расчет на прочность. [c.92] Вернуться к основной статье