ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Статистическая природа прочности полимеров из "Прочность полимеров" При хрупком разрушении низкомолекулярных твердых тел нарастание напряжений в процессе предшествующей деформации может быть компенсировано и ограничено течением или релаксационными процессами. Особенностью хрупкого разрушения плимерных материалов является относительно большое значение релаксационных процессов в деформациях, предшествующих разрушению . Это относится также к образованию и росту первичных трещин. [c.34] При наблюдении поверхностей разрыва большого числа образцов из различных пластмасс оказалось, что эти поверхности разделяются на две зоны—зеркальную и матовую (шероховатую) . Рассмотрение поверхности хрупкого разрыва образцов из полиметилметакрилата и полистирола под микроскопом показало, что как зеркальная, так и матовая зоны характеризуются определенным рисунком. В частности, вокруг зеркальной зоны расположены в беспорядке кривые, имеющие вид гипербол (рис. 16). Такая картина непосредственно подтверждает представление о развитии разрушения во времени. [c.34] Установлено, что зеркальные зоны, представляющие собой поверхности разрыва по месту первичных трещин, встречаются чаще всего у поверхности образца. Следовательно, вероятность нахождения опасного дефекта на поверхности больще, чем в объеме. По мере роста первичной трещины среднее напряжение в неразру-щенной части образца увеличивается. Вследствие увеличения среднего напряжения возрастает перенапряжение на других внутренних дефектах и начинают развиваться вторичные трещины. Линин встречи первичной и вторичной трещин создают на поверхности, образовавшейся после разрыва, характерный рисунок (см. рис. 16). [c.35] Причины, вызывающие появление трещин в образце полимера, могут быть разными. К их числу относятся испарение растворителя или незаполимернзовавшегося мономера, царапины, наноси-. ые в процессе изготовления изделия, и т. п. [c.35] Статистическая природа прочности полимеров проявляется не только при хрупком разрушении. Хорошо известно, что при определении прочности полимеров, находящихся в высокоэластп-ческом состоянии, когда разрушению предшествует значительная обратимая деформация, наблюдается разброс экспериментальных данных. Это также одно из проявлений статистической природы прочности. [c.35] Из рис. 17 видно, что большая часть опытных зна- о,3 чений разрушающего напряжения лежит правее максимума кривой. Из этого еле- о,2 дует, что наиболее вероятное значение М. и среднее значение разрушающего напряже Щ о,1 ния ар не совпадают. Модуль меньше среднего значения. [c.37] Разброс значений Ор, поскольку он связан с неоднородностью материала, может служить характеристикой этой неоднородности, а количественная оценка разброса—количественной оценкои неоднородности. [c.38] В зависимость от технологии получения полимерного материала характер обсуждаемых кривых может быть различным. Так, например, кривые на рпс. 18 симметричны и с уменьшением толщины образца смещаются в сторону повышенных прочностей. Чем больше толщина образца, тем меньше разница между наибольшими и наименьшими значениями Зр. В то же время максимальное значение р(зр) с увеличением толщины образца возрастает. Если по оси ординат откладывать отношение р(3р) к р(3р( акс.)), а по оси абсцисс—отношение ар/ор( жс.), то получатся кривые, изображенные на рис. 19, соответствующие распределению Гаусса. [c.38] Для материалов, характеристики прочности которых подчиняются распределению Гаусса, наиболее вероятное значение прочности совпадает со средним арифметическим. Однако это имеет место не всегда. Так, например, кривые распределения для вулканизатов, наполненных сажей (см. рис. 18,6), имеют несимметричный вид. Появляется большое количество образцов с низкими значениями Зр, что объясняется увеличением числа неоднородностей с введением в резину такого компонента, как сажа. Показано , что для несимметричного распределения применим двойной экспоненциальный закон. Таким образом, плош,адь, заштрихованная на рис. 18, может быть использована для оценки качества смешения наполнителя с полимером. [c.39] Из рассмотрения приведенных кривых следует также, что значение разрушающего напряжения Ор, соответствующее максимуму кривой, уменьшается с увеличением толщины образцов. Зависимость этих значений Ср для ненаполненных вулканизатов от толщины образцов приведена на рис. 20. Естественно, что чем больше объем испытуемых образцов, тем вероятнее наличие в нем более опасных крупных дефектов. При деформации увеличиваются все дефекты, но наибольший дефект разрастается быстрее и его рост заканчивается разрывом образца. Отсюда следует, что размеры образца влияют на абсолютные значения характеристики прочности. Поэтому сравнение характеристик прочности возможно при условии испытания образцов одинаковой формы и одинакового размера. [c.39] Особенности строения полимеров обусловливают характерные закономерности их механических свойств, в том числе и их механическую прочность. Основное специфическое свойство макромолекул—их гибкость—накладывает характерный отпечаток на процесс разрущения полимеров. [c.40] Для изучения закономерностей прочности полимеров используются специфические методы испытания, отличающиеся от общепринятых методов определения механических свойств материалов. Это связано главным образом с тем, что разрушение полимеров является процессом неравновесным и, как правило, нестационарным. [c.40] При достаточно низких температурах полимеры разрушаются хрупко, не реализуя свою способность к высокоэластическим и необратимым деформациям. Особые свойства полимеров начинают проявляться только в соответствующей области температур и зависят от того, в каком состоянии находится полимер при температуре испытания. Различают три состояния аморфных полимеров стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. Для стеклообразных полимеров следует различать хрупкое разрушение к разрушение, сопровождающееся развитием высокоэластической деформации под действием разрушающих усилий. [c.40] Ряд полимеров может существовать в кристаллическом состоянии. Механические свойства кристаллических полимеров отличаются от свойств низкомолекулярных кристаллических веществ. Прочность полимерного материала не может быть рассчитана простым суммированием прочности всех связей, приходящихся на поперечное сечение образца и противодействующих разделению его на части. Причиной этого является наличие микродефектов различной степени опасности, которые случайно распределены по объему образца. На краях этих микродефектов возникают перенапряжения, тем большие, чем опаснее микродефект. Наличие в полимерах надмолекулярных структур может явиться причиной увеличения их неоднородности. Это особенно существенно для кристаллизующихся полимеров, которые разрушаются по поверхностям, ограничивающим кристаллические образования. [c.40] В тех случаях, когда кристаллические образования взаимно пронизывают друг друга, прочность полимеров при прочих равных условиях становится значительно больше. [c.40] При экспериментальном определении характеристик прочности полимеров всегда наблюдается разброс получаемых значений. Этот разброс является следствием статистической природы прочности. В разных образцах осуществляются различные наборы микродефектов, наиболее опасный из которых в большинстве случаев определяет прочность образца. Поэтому для характеристики прочности материала, из которого изготовлен образец, необходимо прибегать к статистической обработке экспериментальных данных. Разброс значений характеристик прочности может служить указанием на неоднородность продукта, а количественная оценка разброса этих данных—количественной оценкой неоднородности. [c.41] Как будет показано в дальнейшем, прочность находится в тесной взаимосвязи с другими механическими свойствами полимеров. Поэтому изучение прочности полимеров вне учета особенностей их строения и механических свойств не может быть плодотворным. Настояш,ая глава предпосылается непосредственному описанию механического разрушения полимеров. [c.42] Вернуться к основной статье