ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Температурная зависимость механических свойств пластмасс из "Основные понятия о конструкционных и технологических свойствах пластмасс" Деформирование изделий из пластмасс, т. е. изменение их формы и размеров под действием внешних нагрузок иля вследствие внутренних напряжений, замороженных в материале, является часто основным фактором, определяющим их эксплуатационные свойства. Без учета деформационных свойств нельзя правильно подобрать материал для изготовления того или иного изделия или выбрать размеры и форму этого изделия. При действии длительных нагрузок величина допускаемых напряжений для большинства пластмасс определяется деформационными свойствами (ползучестью), аналогично тому, как это наблюдается для металлических деталей, работающих под нагрузкой при высоких температурах. Тем не менее конструкторы, применяя пластмассы, по традиции часто ограничиваются одними прочностными расчетами. В действительности же пластмассовые изделия редко выходят из строя из-за их разрушения под действием недопустимо высоких нагрузок. Чаще они приходят в негодность вследствие действия танутренних напряжений и старения, что проявляется в короблении, ухудшении внешнего вида, в появлении греши , снижении эластичности, истирании и т. д. [c.28] Применяя тот или иной материал, необходимо знать, в каком физическом состоянии он будет находиться в условиях эксплуатации или испытания, будет ли это состояние термодинамически равно весны.м или неравновесным и насколько оно устойчиво. С этим связан вопрос о том, какие структурные изменения могут быт1 вызваны неустойчивостью данного состояния. [c.28] Как правило, в процессе дефор.мировання структура материала изменяется, и деформационные овой-сгва изделия одновременно за висят от ис.чодной структуры материала и от ее изменений. Для одного и того же материала могут выполняться разные закономерности деформирования в зависимости от предыстории испытуемого образца, определившей его структуру. Такая неопределенность устраняется при исходном состоянии структуры, получаемом соответствующей термической обработкой — нормализацией. При этом отпадает необходимость детального выяснения структурных особенностей материала. [c.29] Исходя из инженерной оценки, целесообразно все многообразие структурных изменений в процессах деформирования подразделять на два вида 1) необратимые структурные изменения, связанные с процессом разрушения материала (соответствующие деформации будем называть деформациями разрушения) 2) необратимые или обратимые структурные изменения, приводящие к замедлению или прекращению процесса деформирования (соответствующие деформации будем называть дефор мациями упрочнения). [c.29] Деформирование может происходить и без изменения структуры. В этом случае при отсутствии химических превращений в деформируемом материале его свойства также не будут изменяться в процессе деформирования. Такое деформирование будем называть истинным течением. [c.29] Разрушение, упрочнение и истинное течение происходят одновременно почти во всех случаях внешнего) воздействия. Однако доли каждого из трех видов деформирования различны. Сразу же после приложения нагрузки происходит главным образом упрочнение, а деформации, связанные с разрушением и истинным течением, малы. В дальнейшем развиваются деформации разрушения и истинного течения, однако последние возможны только при сравнительно высоких температурах. [c.29] Процесс разрушения протекает во времени и сопровождается накоплением и ростом дефектов в материале, которым сопутствуют деформации, незначительные в начале действия нагрузки и резко возрастающие перед разрушением. Деформации, являющиеся следствием только процессов разрушения, всегда развиваются с возрастающей во времени скоростью, если действующая нагрузка и температура постоянны. Так как наблюдать их очень трудно, в реальных условиях эксплуатации изделий процесс разрушения обычно характеризуют не деформациями, а долговечностью. Чтобы измерить деформации разрушения, нужно наблюдать за образцом непосредственно перед его разрушением, когда деформации упрочнения малы по сравнению с деформациями разрушения. Истинное течение при этом должно отсутствовать, т. е. испытание должно проводиться при пониженной температуре. Однако эти деформации, измеренные при разрушении образца, не отражают изменения структуры всего материала. Они характеризуют главным образом локальное развитие тех дефектов, из-за которых происходит разрушение образца. [c.30] В условиях эксплуатации изделий приходится сталкиваться главным образом с деформациями упрочнения. Эти же деформации возникают и при формовании изделий, если температура процесса лежит ниже температуры перехода в вязкотекучее состояние. [c.31] Название пластмассы связано с представлением о пластичности материала, под которой понимают способность деформироваться необратимо под действием достаточно больших сил и сохранять приобретенную форму после прекращения действия этих сил. Ковкость металлов является результатом проявления их пластических свойств. Известно, что пластмассы не куются, поэтому, как бы это ни казалось парадоксальным, их нельзя считать пластичными . [c.31] Формование осуществляется в вязкотекучем состоянии, при котором изделие не сохраняет своей формы, если его не охладить, т. е. формование не связано с пластическими деформациями. Ниже температур плавления формование возможно только вследствие развития обратимых деформаций упрочнения, характерных для полимерных материалов, имеющих гибкие цепные молекулы. [c.31] Первые три случая широко применяются при определении деформационных свойств пластмасс. Получаемые при этом функции зависят от характера межмолекулярных взаимодействий в процессе деформирования. При изменении структуры материала изменяются его свойства, поэтому при проведении эксперимента необходимо обеспечить постоянство структуры. Деформации не должны быть большими, чтобы структура за время испытания не могла существенно измениться. Повторные испытания следует проводить после нормализации испытуемого образца. Несоблюдение указанных условий затрудняет выявление закономерностей деформирования. В этом отношении совершенно неудовлетворительными являются принятые испытания на разрывных машинах. По результатам таких испытаний чрезвычайно трудно выявить деформационные свойства материалов, поскольку в процессе опыта непостоянны три величины сг, е и т (скорость деформации является величиной производной), структура материала непрерывно изменяется по мере удлинения испытуемого образца. Получаемые в таких экспериментах результаты (см. рис. 2) с трудом поддаются расшифровке. [c.33] При циклических нагрузках результаты в начале испытания изменяются из-за структурных превращений от цикла к циклу, а затем повторяются, если в материале не происходит разрушения или каких-либо химических превращений. Существенное влияние на результаты таких испытаний может оказывать разогрев материала, вызванный превращением механической энергии в тепловую, особенно при высокочастотных нагружениях. Однако и в таких случаях достигается постоянство результатов после наступления теплового равновесия. [c.34] Большее практическое значение имеет ползучесть пластмасс, т. е. развитие деформаций во времени при постоянной нагрузке и температуре. Явление ползучести необходимо учитывать ири выборе материала и размеров изделий с точки зрения устойчивости их формы в условиях эксплуатации. Характер проявления ползучести отражает структуру материала, что таклсе имеет большое значение при оценке его свойств. При эксплуатации изделий интересуются закономерностями развития ползучести в широком интервале времени для оценки структуры требуются кратковременные испытания, чтобы уменьшить влияние изменения структуры в процессе опыта. [c.35] Для описания развития деформации при длительном воздействии нагрузки предложено много различных формул. Однако в отношении строгости вывода и точности описания эксперимента трудно отдать предпочтение ка-кой-либо из них. На протяжении длительного промежутка времени структура не может оставаться неизменной, если материал способен деформироваться. Значит, по мере развития деформации свойства образца непрерывно изменяются. Поэтому очень трудно точно описать ползучесть на всем протяжении опыта одним уравнением, при-мени.мым для всех материалов или даже для одного материала при разнообразных условиях деформирования. В связи с этим часто пользуются графическим изображением процесса ползучести. [c.35] Материалы с треххмерной структурой обычно разрушаются хрупко, однако при пониженных температурах все материалы независимо от их химического строения становятся более или менее хрупкими. Для хрупких материалов величина деформации в момент разрушения, как правило, не превышает 1%, а для тер.мопластов может достигать десятков и даже сотен процентов. Последнее относится к кристаллическим термопластам при напряжениях, превышающих половину предела кратковременной прочности. Экспериментально установлена общая для всех материалов тенденция к повышению деформации с увеличением напряжения. Наибольшие деформации наблюдаются при испытаниях на разрывных машинах. [c.37] Поскольку дефор.мации при ползучести достигают больших значений и во. многих случаях лимитируют срок службы изделий, для технических целей часто нецелесообразно доводить испытания до разрушения. Длительность испытаний выбирается такой, чтобы при наименьших затратах времени определить условия, гарантирующие надежность работы изделий под нагрузкой, пользуясь, если есть для этого основания, экстраполяцией результатов испытания на более длительные периоды времени. [c.37] Кривые ползучести, продленные до момента разрушения, в двойных логарифмических координатах прямолинейны на начальных участках и загибаются кверху в области, предшествующей разрушению (рис. 12). Чем выше напряжение, тем раньше наблюдается загиб кривых. [c.40] Область применимости уравнения (15) на рис. 12 очерчена нижней пунктирной линией, проходящей вблизи точек, отвечающих резкому изменению наклона кривых. Ниже этой линии скорость ползучести убывает во времени, а выше — возрастает. Область между пунктирными линиями соответствует ускоренно развивающимся деформациям разрушения. Истинное течение, если оно есть, развивается в обеих областях ползучести с постоянной скоростью. [c.40] На рис. 13 представлена типичная кривая релаксации напряжений. При быстром деформировании образца напряжение, развивающееся в испытуемом материале, по окончании деформирования достигает максимального значения оо- В начальный момент времени после прекращения деформирования напряжение быстро уменьшается, затем оно снижается все медленнее, как бы приближаясь к некоторому минимальному предельному значению. Релаксация напряжений в пластмассах мало изучена. До сих пор нет общепринятых уравнений для описания кривых релаксации напряжений, которые можно было бы рекомендовать для инженерных расчетов. [c.41] В справочных данных деформационные свойства пластмасс представлены только одним показателем — модулем упругости. При использовании этой величины следует помнить, что значение модуля зависит от условий, при которых он определялся. Чем больше напряжение и продолжительность действия нагрузки, тем меньше кажущийся модуль упругости. С повышением температуры модуль упругости уменьшается. Часто в литературе модуль упругости определяют только по деформациям, развивающимся со скоростью звука, кото рые называют Гуковскими деформациями. Однако технически невозможно отделить чисто гу-ковские деформации от тех, которые развиваются с несколько меньшей скоростью, поэтому на практике пользуются условным значением модуля упругости, определяемым в строго регламентированных Рис. 13. Типичный ход ре- условиях. Эти значения моду-лаксации напряжения сг — ля успешно используются для начальное напряжение). вычисления величин деформаций (прогиб, угол закручивания, удлинение, сжатие) изделий при кратковременно действующих нагрузках, когда справедливы формулы сопротивления материалов. При этом необходимо иметь в виду, что модули упругости при растяжспни, кручении (сдвиге) и сжатии различны как по численным значениям, так и по физическому смыслу. [c.42] Вернуться к основной статье