ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые закономерности влияния химического строения, размеров и формы макромолекул на прочность полимеров Общие закономерности прочности полимеров из "Прочность полимеров" Прежде чем перейти к описанию влияния химического строения, размеров и формы макромолекул на прочность полимеров, целесообразно суммировать некоторые самые общие закономерности прочности, соблюдающиеся независимо от строения макромолекул. [c.159] В результате накопления большого экспериментального материала и теоретических исследований, приведенных в предыдущих главах, представляется возможным сформулировать некоторые общие закономерности прочности твердых тел и специфические особенности механического разрушения полимеров. [c.159] Следует принять, что разрушение происходггг не только за счет механической работы, но и в значительной мере за счет теплового движения элементов структуры. Тепловое движение разъединяет элементы структуры, а деформирующая сила способству-.- т этому процессу и фиксирует его в определенном направлении. [c.159] Вследствие флуктуации тепловой энергии с определенной частотой происходит разрушение связей, обусловливающих прочность материала. Согласно современным представлениям прочность не характеризуется предельной величиной, носящей характер некоей константы. Разрушение твердых тел может происходить при различных нагрузках. Скорость этого процесса зависит от величины приложенного напряжения. [c.160] Исследование общих закономерностей прочности твердых те.п удобно производить в терминах долговечности и постоянного разрушающего напряжения, так как при этом легче оценить влияние различных факторов температуры, пластификаторов и т. п.. а также проследить изменение долговечности, наблюдая процесс при разных значениях разрушающего напряжения (постоянного во время опыта). [c.160] Значение 0 по порядку величины оказалось близким к периоду собственных колебаний атомов. Активационный барьер процесса разрушения i/g в отсутствие напряжения для металлов равен энергии сублимации. Коэффициент у, характеризующий скорость уменьшения барьера с напряжением и имеющий размерность объема, существенно зависит от структуры материала и, вероятно , связан с перенапряжением на дефектах в реальных твердых телах. По физическому смыслу эта величина представляет собой объем, в котором осуществляется элементарный акт перехода потенциальной механической энергии в энергию образования поверхности и в тепловую энергию. [c.160] Вполне естественно, что приведенная выше общая закономерность прочности твердых тел связана с зависимостью скорости роста микротрещин от напряжения. Эту зависимость недавно исследовали на тонких прозрачных пленках ацетата цел-люлозы . [c.161] Непосредственное наблюдение за состоянием образцов ацетата целлюлозы, находящихся под нагрузкой, производилось с помощью установки для микрокиносъемки (рис. 139). В отличие от скоростной кинофотосъемки, описанной ранее, в этом случае производилась замедленная киносъемка для изучения медленных процессов разрушения, наблюдаемых при испытании на долговечность. [c.161] Разрушение образца происходит вследствие роста одиночных трещин, появляющихся на краях образца. Изредка наблюдается возникновение двух рядом расположенных конкурирующих трещин. Движение одной из них затухает и прекращается. В нескольких случаях было зафиксировано появление трещины в середине образца. [c.162] Опытным путем была определена зависимость скорости роста трещин от среднего напряжения в неразорванной части образца. По снятым микрокинофильмам измеряли скорости роста трещины V , отвечающие соответствующим значениям а. Результаты измерений, нанесенные на график в полулогарифмических координатах lg V —Ор, представлены для двух исследованных материален на рис. 142. [c.163] У() изменяется, в то время как коэффициент 3 практически остается постоянным. Так, для диацетата целлюлозы. 3=4,0 и 10 мм/сек, для триацетата целлюлозы В 12 и 10 мм/сек. [c.163] Предэкспоненциальный множитель для триацетата на много порядков меньше, в связи с чем этот материал значительно прочнее. [c.164] Экспоненциальная связь между скоростью роста трещины и напряжением дает возможность ответить на вопрос, почему развитие трещин при испытании на долговечность носит лавинообразный характер. Рост трещины при разрыве под действием постоянной нагрузки сопровождается постепенным увеличением напряжения с. Это в свою очередь, согласно выражению (40а), резко увеличивает скорость роста трещины и определяет самоускоре-ние при ее развитии. Экспоненциальный рост зависимости скорости распространения трещины от напряжения обусловливает преимущественные условия для развития трещин в перенапряженных микрообластях. [c.164] При наличии перенапряжения скорость роста трещин будет намного выше средней скорости развития микротрещин в остальном не перенапряженном объеме образца. Ускорение процесса роста трещины при последующем ее развитии еще больше усиливает неравенство условий. Микротрещина, рост которой начался из перенапряженного центра, за данный отрезок времени успеет развиться в большую трещину, являющуюся причиной разрыва образца. [c.164] Трещины, растущие в менее напряженном поле, за это время лишь незначительно увеличатся в размерах. [c.164] Общие закономерности механического разрушения твердых тел применимы к полимерам только при условии, что их структура не претерпевает существенных изменений в процессе разрушения. Однако для эластомеров характерны значительные изменения структуры при их нагружении. Эти структурные изменения сводятся, главным образом, к изменению ориентации материала (см. главу IV, 3). [c.164] Изменение дополнительной деформации в зависимости от температуры, количества наполнителя, степени набухания, скорости деформации и т. п. сказывается на всех характеристиках прочности. [c.164] В последнее время весьма интенсивно развертывается исследование прочности эластомеров с привлечением общих энергетических представлений и с попытками разобраться в люлекуляр-ном механизме механического paзpyшeния- . [c.164] Однако возможно, что уменьшение упругой энергии , обусловливающее увеличение надреза при постоянной общей деформации, компенсировано не увеличением свободной энергии поверхности, а другим путем. Естественно ожидать, что такое возрастание энергии будет пропорционально увеличению длины надреза и может быть определено (для случая, когда длина надреза велика по сравнению с толщиной и шириной образца) первоначально по картине распределения напряжений и деформаций в непосредственной близости от вершины надреза. [c.165] Эта картина изменяется с ростом надреза быстрее, чем форма образца. [c.165] Вернуться к основной статье