ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образцы из "Механические испытания пластмасс" Практическое различие между кратковременными и долговременными прочностными испытаниями состоит в том, что первые обычно связаны с наклонными ступенчатыми и импульсными возбуждениями, а последние со ступенчатыми и синусоидальными. Впрочем, это не дает однозначной классификации для стандартного испытания на растяжение при очень малых скоростях удлинения. Определение долговременный физически приемлемо, оно означает время жизни образца в процессе испытания — большое по сравнению с длительностью скоротечных функций возбуждения. Простейший случай долговременного разрушения представляется испытанием набора образцов со ступенчатым возбуждением при различных амплитудах напряжений, когда все они разрушаются как пластичные. [c.130] СТВИИ ОТ постоянного воздействия. Последнее не имеет полностью удовлетворительной системы понятий и может быть с успехом заменено инженерными понятиями разрыва под напряжением или при ползучести. [c.131] Разрушение полимеров, наполненных стекловолокном, служит в качестве примера, хотя и довольно сложного из-за значительного различия физических свойств двух основных компонент. Заметные внутренние напряжения могут возникать в процессе изготовления образцов и даже когда прикладываются незначительные внешние силы, поскольку напряжение может локально превышать прочность когезии материалов, хотя собственного разрушения, как мы его определили, может и не быть. Во всяком случае, имеются три типа разрушения — разрушение смол, разделение композиционных материалов по границе раздела и однородное разрушение как смол, так стекол. [c.131] С точки зрения диапазона охвата, сложности явления и числа параметров, влияющих на него, полная характеристика поведения материала при разрушении представляет слишком длительную для изучения и чрезвычайно дорогую задачу. Поэтому необходимо использовать такие испытания, которые выдают основные характеристики материала и позволяют получить дополнительную информацию путем воздействия иных факторов. [c.132] Последующая процедура расчета такая же, как при деформационных иследованиях. Вновь основными параметрами служат напряжение, деформация, время и темпе 5атура. Это неудивительно, так как разрушение является конечной точкой деформационного испытания. Однако имеется один важный фактор, который вносит заметную нерегулярность в это условное единство, а именно локальность природы начальной стадии разрушения, по сравнению с макроскопическим полным деформационным разрушением, когда усредняются локальные вариации деформаций. Поэтому деформационные данные не несут иной информации, кроме статистической связи с локальной деформацией в точке, где развивается определенная трещина. Принимая во внимание, что в экспериментах по ползучести или релаксации могут быть получены очень точные данные, в наиболее тщательно проведенных экспериментах по долговременной прочности получают распределение времен разрушения при условно постоянной точности испытания. [c.132] Разумно предположить, что разрушение начинается с наислабейших трещин образца, и поэтому для уменьшения ширины распределения времени разрушения обычно практикуют применение образцов с надрезом. Другое условИЬе преимущество, связанное с надрезом, заключается в существенном уменьшении времени жизни и, следовательно, экспериментального времени, хотя практическое преимущество частично компенсируется неопределенностью интерпретации результатов по отношению к условиям эксплуатации материалов. Подобным же образом, определенные химические среды способствуют процессу разрушения и могут быть использованы для этой цели даже в том случае, когда они совершенно не нужны в реальных условиях эксплуатации. На первый взгляд кажется, что это вызовет не-, контролируемый рост числа переменных, но при ближайшем рассмотрении это допускает возможность унификации многих различающихся испытаний. В общем, при статистическом разбросе данных прочности благодаря явлению растрескивания под действием окружающего напряжения и чувствительности к типу надреза все охватывается единой системой данных с затратой лишь нескольких дополнительных переменных. [c.133] Кривую спада напряжений приходится оценивать по данным, имеющим определенный разброс. Выбор амплитуды возбуждения и числа образцов для испытания зависит в какой- то степени от цели эксперимента. Если следует получить зависимость напряжение — время жизни, то образцы нужно испытать при нескольких амплитудах возбуждения, тогда как двух амплитуд оказывается достаточно, если в качестве приближенной зависимости может быть использована прямая линия. Второй метод дает лучшую оценку распределения разрушения, если применяется одно и то же число образцов. Стандартное правило состоит в том, что кривая спада должна быть подогнана к среднему времени жизни или времени 50% разрушения. Но это плохо описывает реальную ситуацию применения материала, для которой желанная цель — полностью исключить разрушение. [c.134] Для точной оценки времени жизни образца необходимо подвергать испытанию много образцов, но Ганн [4] предложил компромиссный метод, в котором используются минимальные времена жизни образцов в интервале приложенных амплитуд напряжения. В его лаборатории испытывали по три образца для каждого из четырех значений напряжения, и через все результаты, построенные в виде зависимости логарифма напряжения от логарифма времени жизни, с максимальной точностью провели прямую линию. Если точки не лежат на прямой линии, то выбирается наиболее удобный наклон. Этот метод чрезвычайно экономичен в отношении образцов, поскольку все испытания могут быть прерваны при том значении напряжения, когда наступает первое разрушение, при условии, что все они начинались в одно и то же время. [c.134] Рекомендуется изготовлять образцы из больших пластин, вводя в качестве еще одного параметра изменение положения и ориентации образца по отношению ко всей отливке. Если этот параметр не может быть охвачен программой испытания, то по существующей практике выбора образцов вероятная прочность последних должна быть минимальной для данной отливки, что находится в соответствии с рекомендациями испытания на удар. Практически это означает, что геометрическая ось образца должна быть перпендикулярна к основному направлению литья, и, если пластину изготовляют методом литья, то зону силового воздействия следует выбрать ближе к литнику. Эти правила достаточно произвольны, и поскольку направления потоков и ориентация в отливке обычно сложные при определении слабейшей зоны могут оказаться полезными предварительные эксперименты. Более того, механическая обработка может внести новые вариации между образцами, а именно поверхностные несовершенства, вызванные режущим инструментом, и изменение текстуры полимера, обусловленные локальным поверхностным нагревом. Поверхностные несовершенства вносят концентрацию напряжения, от которой могут распространяться лу- чи визуальных дефектов или даже хрупкие трещины. [c.135] Не следует создавать, особое оборудование для разрушения лри ползучести, достаточно лишь усовершенствование машин, используемых при исследовании самой ползучести, и применение образца, который подобно разработанному Готхемом [1] сводит к минимуму предъявляемые к нему требования. Для деформационных испытаний удобно использовать образцы, деформируемая часть которых имеет параллельные стороны. Несколько иначе обстоит дело, если в качестве оборудования используются машины для ползучести. Но желательно, чтобы эти две функции машин были разделены, потому что разрушения могут начинаться в процессе испытания на ползучесть в точках кас5ния экстензометра. В методе трехточечного или консольного изгиба градиент деформации вдоль бруска удачно ограничивает зону, в которой может ожидаться разрушение. [c.135] Имеется много опубликованных данных по разрыву трубок, и подобная информация в настоящее время удовлетворяет потребности разработчиков полимеров. Формулировка условий разрушения для трубки такова, что кратковременное при высоких напряжениях разрушение является по своей природе пластичным, а разрушение в течение долгого времени при малом напряжении может быть только хрупким. В менее четких случаях место разрушения часто похоже на маленький разрез, который может располагаться вдоль оси или на периферии в зависимости от отношения напряжений и экструзионной ориентации в трубке. Первым признаком разрушения в трубке, сделанной из усиленного стекловолокном полиэфира или эпоксидной смолы, может быть плач , при котором на внешней стенке появляются капли выдавленной жидкости (обычно воды). Это может иметь место при значительно меньшей деформации, чем предельная деформация разрушения, и, если испытание нужно продолжить до этого момента, то следует обеспечить водонепроницаемую гибкую внутреннюю облицовку например, Бакс использовал облицовку из пленки ПВХ [6]. [c.136] Помимо прямых феноменологических исследований, имеются дополнительные, такие как выполненные Стилом [9], в которых трещины развиваются в образце, не подвергавшемся какому-то внешнему напряжению. В таких экспериментах требования очень просты. Это в основном требования к хорошим условиям наблюдения, причем, возможно и в поляризованном свете. Работа Стила ограничивалась полиэфирными смолами, но явление, которого он коснулся, имеет свои приложения к термопластам, в частности к так называемым пост-разрушения (развитие трещин в отливках в процессе ненагруженного хранения). Эти трещины являлись следствием развития внутренних напряжений в процессе литья или последующего хранения. [c.137] Стил сделал вывод, что трещины в его экспериментах был обусловлены набуханием смолы, поскольку молекулярные связи становились при этом деформированными из-за поглощения воды. Образование трещин в термопластах под действием, подобного механизма в результате набухания известно. [c.137] Рассматривая полиэтилен, Говард [10] предложил следующее определение. [c.137] Образование трещин в напряженном состоянии представляет собой разрушение образца полиэтилена или его части, начинающееся на поверхности в виде хрупких трещин, под действием сложно-напряженного состояния, в отсутствие которого разрушения не происходит при том же самом значении напряжения. Исследование должно учитывать комбинацию внешнего и внутреннего напряжений, а восприимчивой средой может служить газ, жидкость, квазиупругое и твердое тело. [c.138] Состояние образца является такой же важной переменной, как температура, а функция отклика будет соответственно более сложная, чем в простом статическом усталостном испытании. Для исчерпывающей информации реально требуется, чтобы в широком интервале амплитуд возбуждения и температур была изучена реакция системы на различное напряженное состояние, но это вряд ли осуществимо, и стандартные рекомендации ограничивают амплитуды так, чтобы можно было реализовать разрушение только в течение минимально необходимого времени. Подобные приемы ускорения испытания допустимы, если справедливо понятие параметра Ларсена—Миллера или принципа температурно-временной суперпозиции. [c.138] Вызывает сомнение предположение существования количественной связи между сопротивлением разрушению надрезанного закаленного, отлитого под давлением образца из полиэтилена, склонного к формированию высокодеформируемой структуры, и образца, помещенного в агрессивную среду при 50 С, с экструзионным процессом изготовления кабельной изоляции, которая в процессе эксплуатации может даже не находиться в контакте с морской водой при 4° С. Тем не менее не существует лучшего метода, поскольку испытание эффективно исключает (даже может быть слишком эффективно). применение плохих полимеров. Хотя БТЛ-испытание достаточно сложное, юно с успехом заменяет испытание Ландера, которое непригодно для обнаружения различия между сортами полиэтилена, даже в случае использования надрезанных образцов. [c.139] Реальные условия эксплуатации литьевых изделий часто не имеют ничего общего с результатами лабораторных испытаний на стандартных образцах из-за локальной текстуры и ориентационных вариаций последних. Эта ситуация очень похожа на существующую при испытании на удар образцы вырезаются из определенных областей отливок. Полезный метод испытания заключается в закреплении диска, отлитого через центральное инжекционное отверстие, по периферии и в центральном приложении силы. [c.140] Вернуться к основной статье