Различные типы разрушений полимеров Феноменологические теории разрушения

из "Прочность полимеров"

Кристаллические полимеры проявляют температурную зависимость механических свойств, отличную от поведения аморфных полимеров. При низких температурах, как и для аморфных полимеров, наблюдаются вторичные переходы, но число этих переходов увеличивается—появляется переход, связанный с образованием кристаллической фазы. Изменение модуля при первом переходе, соответствующем этого же полимера в аморфном состоянии, значительно меньше, чем в аморфных полимерах (рис. 29). В области температур между и температурой плавлении 7,,д модули имеют значения порядка 10 дин см и кристаллический полимер ведет себя как более жесткий по сравнению с аморфным высокоэластичным материалом. Причиной этого является сильное межмолекулярное взаимодействие, которое препятствует кон-формационным превращениям макромолекул. Таким образом, кристаллические полимеры не проявляют типичной каучукоподобной эластичности. [c.55]
При температуре плавления кристаллов Тп,,. скольжение молекул друг относительно друга (течение) наблюдается совместно с проявлением эластичности. С повышением температуры выше Гп, быстро осуществляется переход в области течения. [c.55]
Изменение модуля кристаллического линейного полимера с температурой. [c.56]
Если подвергать полиамид деформации в направлении, перпендикулярном направлению ориентации (рис. 31), то оказывается, что чем ниже температура, тем большее усилие требуется для развития деформации, т. е. происходит постепенное увеличение усилия, необходимого для возникновения участка II. Одновременно с этим уменьшается полная деформация образца за счет уменьшения протяженности участка III, который исчезает при —20 °С. Дальнейшее понижение температуры приводит к еще большему повышению уровня горизонтальной площадки и уменьшению ее протяженности уже за счет участка II. При достижении температуры —80 °С горизонтальная площадка полностью исчезает, и вся изотерма деформации состоит из одного участка I. [c.57]
При температурах выше 20 °С по мере повышения температуры величина усилия, которая необходима для возникновения шейки, уменьшается, разрывная прочность понижается, а величина полной деформации и протяженность отдельных участков на кривой напряжение— деформация практически не меняются. Механическое усилие, при котором возникает шейка, с повышением температуры снижается настолько, что при 216—218 °С небольшой образец начинает деформироваться с образованием шейки под влиянием усилия, равного его собственному весу. Этот опыт проводился в высоком вакууме . [c.58]
Иные закономерности наблюдаются при растяжении образца вдоль оси предварительной ориентации (рис. 32). В этом случае образец уже ориентирован в направлении растяжения, и в нем не может возникнуть шейка. Поэтому на всех кривых графика (рис. 32) полностью отсутствует участок II. [c.58]
При рассмотрении влияния ориентации и кристаллизации на. механические свойства полимеров следует подчеркнуть, что предельно ориентированные образцы можно получить как из кристаллизующихся, так и из некристаллизующихся линейных полимеров. В последнем случае цепные молекулы могут быть сдвинуты вдоль оси ориентации друг относительно друга, а элементы структуры по-разному повернуты относительно этой оси. [c.59]
Несмотря на то что кристаллизация полимера, как правило, сопровождается резким изменением физических характеристик материала, закономерности развития больших деформаций в кристаллических и стеклообразных полимерах имеют много общего. Один из примеров этого—образование шейки , кот-эрое может происходить как при холодной вытяжке кристаллических полимеров, так и при вынужденноэластической деформации аморфных полимеров. [c.59]
На примере полиэтнлентерефталата сделана попытка объяснить некоторые общие закономерности возникновения и развития шейки в кристаллических и аморфных полимерах Поли-этилентерефталат—кристаллизующийся полимер с высокой температурой стеклования (80 °С) и плавления (265 °С). Он является удобным объектом исследования, так как из него легко получить как кристаллическую, так и аморфную пленку. Релаксационные процессы в этом полимере при комнатной температуре протекают весьма медленно. Это дает возможность легко фиксировать все промежуточные структурные состояния, возникающие при растяжении. Для кристаллизации аморфную пленку полиэтилен-терефталата прогревали в течение 30 мин при температуре 115 °С, в результате чего она мутнела. При рассмотрении такой пленки в поляризованном свете можно было обнаружить типичную сферо-литную структуру. [c.60]
На рис. 34 представлены рентгенограммы исходной (а) и прогретой (б) пленки. Вместо диффузного гало, характерного для рентгенограммы исходной аморфной пленки, в результате прогрева появились четкие дифракционные кольца, свидетельствующие о возникновении упорядоченности кристаллического типа. [c.60]
Характер зависимостей деформация—напряжение , изученных с помощью динамометра типа Поляни в широком интервале температур, оказался очень похожим для аморфных и закристаллизованных пленок. Результаты измерений представлены на рис. 35 и 36. На кривых растяжения можно наблюдать максимумы, являющиеся следствием релаксационной природы деформации. Заметное падение напряжения после достижения максимума вызвано тем. что развитие релаксационных процессов (перегруппировка звеньев макромолекул и надмолекулярных образований) сказывается сильнее, чем увеличение напряжения вследствие непрерывного растяжения образца. [c.60]
Замечено, что как для аморфных, так и для закристаллизова) -ных пленок появление максимума на кривой деформация—напряжение всегда сопровождается возникновением шейки в деформг-руемом образце. При повышении температуры растяжения границы шейки делаются все более размытыми, а при достаточно высоких температурах границы шейки исчезают и максимум на кривой не появляется. Уменьшение скорости растяжения действует эквивалентно повышению температуры. Это свидетельствуй о релаксационной природе процесса образования шейки. [c.62]
При наблюдении деформации в поляризованном свете было установлено, что при образовании шейки как для аморфных, так и для закристаллизованных образцов скачкообразно возникает оптическая анизотропия. Это сопровождается некоторым возрастг -нием плотности, что, по-видимому, связано с увеличением плот ности упаковки макромолекул в пределах аморфной фазы. [c.62]
При растяжении закристаллизованных пленок в условиях., 1сключающих образование шейки (при достаточно высоких температурах), как и в случае аморфных пленок, не наблюдается скачкообразного возникновения анизотропии. На рис. 38 представлены рентгенограммы пленок, закристаллизованных, как указано выше, а затем растянутых до различных удлинений при 80 °С. Из полученных дифракционных картин можно сделать вывод о том, что с увеличением удлинения происходит непрерывное возрастание количества кристаллитов, ориентированных в направлении механического поля. [c.63]
Если образование шейки происходит в кристаллизующемся полимере, деформируемом выше его температуры стеклования, то, как показали Каргин и Соголова , оно сопровождается механическим плавлением кристаллитов, расположенных под углом к направлению деформирующей силы, и возникновением новых кристаллитов, ориентированных в направлении растяжения. [c.64]
В случаях, когда рекристаллизация при образовании шейки невозможна, так как деформация происходит ниже температуры стеклования полимера, растяжение может привести к аморфнза-ции образца вследствие механического плавления изотропно ориентированных кристаллитов. Если же образование шейки происходит при вынужденноэластической деформацгш аморфного полимера, то оно вообще не сопровождается фазовыми превращениями. [c.64]
Во всех рассмотренных выше случаях возникновению шейки сопутствует скачкообразное появление оптической анизотропии, которое указывает на скачкообразную переориентацию структурных элементов, принимающих участие в процессе деформации. Эта анизотропия не обязательно фиксируется при рентгеноструктурном исследовании. [c.64]
Однако в такой аморфизованной пачке легко осуществляется повторная кристаллизация. Поскольку пачки в процессе ориентации располагаются параллельно друг другу, то и возникающие кристаллы оказываются ориентированными в соответствующем направлении. С повышением температуры растяжения возрастает тепловое движение молекул и увеличивается вероятность разрушения в процессе растяжения одних пачек и возникновения новых. По мере увеличения энергии теплового движения вероятность выхода структурных элементов из-под контроля силового поля возрастает. Вероятность скачкообразной ориентации структурных элементов в соответствии с направлением силы при образовании шейки уменьшается, так как тепловое движение препятствует упорядочению структуры. [c.65]
Поэтому мы ограничимся изложенными выше сведениями, которые представляются нам в основном достаточными для дальнейшего рассмотрения проблемы прочности полимеров. [c.65]

Вернуться к основной статье

Справочник химика 21

Химия и химическая технология