Испытание полимеров нагружении

Применяемые обычно для механических испытаний полимерных материалов машины работают при постоянной скорости перемещения зажимов. Долгое время серийных машин для стандартных испытаний полимеров с постоянной скоростью нагружения не было [50, с. 126]. [c.32]

В гл. П1. говорилось, что основными видами механических испытаний полимеров являются снятие кривых нагрузка — удлинение, ползучесть, релаксация напряжений и динамические испытания в синусоидальном режиме нагружения. Основные закономерности свойств [c.144]

Основной причиной расхождения между и некоторые исследователи считали разогрев [25, 26]. Все это заставило с особым вниманием относиться к явлению разогрева при усталостных испытаниях полимеров. Во избежание затруднений, связанных с необходимостью учитывать температуру образца, большинство исследователей стремилось теми или иными способами исключить разогрев. Так, например, для полиметилметакрилата удалось добиться совпадения значений т и при условии усиленного теплоотвода. Но для другого исследованного полимера (вискозного волокна) равенства значений и не удалось добиться, хотя было учтено изменение температуры. Таким образом, разогревом не удалось объяснить причину расхождения между долговечностью при статическом и циклическом нагружении. [c.285]

В заключение следует упомянуть также другие работы, посвященные созданию машин для испытаний полимеров при сложном напряженном состоянии с программным нагружением. В статье [32] дана краткая информация о программной машине на базе 20М-30, созданной в Институте механики полимеров АН Латвийской ССР. В работе [33] (и более подробно в диссертации Малинина [49] к гл. I) дано описание машины с программным нагружением, созданной в Институте гидродинамики Сибирского отделения АН СССР. [c.150]

Полимерные материалы являются вязкоупругими твердыми телами. Склонность последних к неупругому и пластическому деформированию убывает, когда они испытываются при высоких скоростях нагружения и (или) при низких температурах. Более низкая деформируемость вызывает у прежде вязкого или высокоэластичного полимера хрупкое разрушение. Убедительным доказательством этого факта служит хрупкое разрушение при испытании на удар натурального каучука при температуре жидкого азота. [c.268]

Морозостойкость полимерного материала также существенно зависит от режима деформации. За показатель морозостойкости принимают температуру при которой жесткость полимера увеличивается в /Кц раз. Коэффициент Кц определяется как отношение деформации при данной температуре к деформации при температуре 20 °С. Существенное влияние на температуру оказывает частота действия силы (при периодическом нагружении) или время действия нагрузки (при статическом нагружении). Установлена эквивалентность статического и динамического режимов испытаний. При соблюдении соотношения = 1/(2и) показатели морозостойкости совпадают. Это значит, что при периодической нагрузке с частотой п равна морозостойкости полученной при статической нагрузке с временем действия силы i. [c.104]

Подобно металлам, термопласты могут разрушаться при действии циклических напряжений меньших, чем предел прочности при статических испытаниях. Это явление называют динамической усталостью. Оно встречается при эксплуатации вращающихся и вибрирующих полиамидных деталей, таких как пропеллеры и шестерни, подвергаемые продолжительному воздействию циклических напряжений. Число циклов, необходимых для разрушения детали, зависит не только от напряжения, но и от температуры, содержания влаги, степени кристалличности материала и частоты действия напряжения. При высоких частотах нагружения (обычно более 300 циклов в минуту) энергия деформации практически полностью переходит в тепло, в особенности при температурах, при которых для данного материала характерно высокое поглощение. Этот эффект ускоряет разрушение изделия вследствие теплового размягчения полимера. Раз- [c.117]

Заканчивая обсуждение проблемы описания закономерностей разрушения ориентированных полимеров, которое свелось по существу к обсуждению формулы Журкова, сделаем одно замечание. Хотя наиболее полную картину прочностных свойств полимера дает зависимость долговечности от температуры и напряжения, в практике обычно пользуются значением Опр прочности полимера при определенной температуре. За Опр принимают значение напряжения, при котором полимер разрушается при определенном режиме нагружения, обычно при растяжении с постоянной скоростью деформации. Это значение можно вычислить, зная коэффициенты в формуле Журкова. Если мы будем считать, что процесс разрушения занимает время Т1 порядка 1 с (типичное время в экспериментах по испытаниям на прочность), то Опр можно вычислить, переписав формулу (XVI. 1) в следующем виде [c.374]

В лабораторной практике широко используют квази-статические испытания при постоянной скорости нагружения или деформирования. Эти режимы позволяют наиболее быстро получать некоторые данные, используемые для прогнозирования длительной прочности полимеров. [c.51]

Поскольку многократное циклическое нагружение приводит к утомлению полимерного материала, целесообразно классифицировать испытания при циклическом нагружении в соответствии с сочетанием перечисленных характеристик так, как это принято при анализе результатов утомления полимеров. На рис. 1,12—1.15 показаны основные режимы испытаний и представлены возможные комбинации параметров циклического нагружения. Для каждого из четырех основных классов испытаний характерно изменение во времени каких-либо двух из четырех перечисленных параметров при постоянстве двух других. [c.36]

Режим испытания с постоянной скоростью нагружения можно рассматривать как частный случай циклического режима, при котором разрушение наступает в конце первого полупериода, при этом 02 имеет смысл разрывного напряжения <Тр при данной скорости нагружения. Уравнение выведено для значений оа, меньших Ор, когда число циклов до разрушения достаточно велико. Но для большого числа N эта формула не согласуется с экспериментом, так как происходит локальный перегрев. Теория долговечности полимеров при циклических нагружениях, построенная с учетом локальных перегревов, проведенным с помощью аналитического аппарата задачи теплопроводности с движущейся границей и источником тепла, предложена в работе [7.66]L Эта теория применима и при больших N. [c.216]

Следовательно, увеличение времени действия силы на полимер эквивалентно повышению температуры испытания, и наоборот. Иными словами, один и тот же эффект при механическом воздействии на полимер может быть достигнут медленно действующей силой при низкой температуре или быстродействующей силой при высокой температуре. На этом основан так называемый принцип температурно-временной суперпозиции, связывающий математической зависимостью время действия силы на полимер с температурой. Для появления петли гистерезиса решающее значение имеет соотношение времени действия силы и времени перегруппировок структурных элементов макромолекул (сегментов). На это соотношение можно влиять как изменением времени действия силы, так и изменением температуры, так как релаксационные и гистерезисные явления обусловлены структурными перегруппировками макромолекул. Зависимость проявления релаксационных свойств и гистерезиса от времени действия силы имеет большое значение при работе полимерных изделий или испытании образцов в условиях действия циклических многократно повторяющихся деформаций. Большие гистерезисные потери в первом цикле деформации полимера быстро уменьшаются при проведении второго, третьего и т. д. циклов деформации (рис. 47), После первого цикла деформации структура полимера перестраивается и как бы приспосабливается к новым условиям (величина и время нагружения). Во втором цикле после разгрузки в первом цикле структура полимера не успевает вернуться в исходное состояние, и последующие циклы деформации проходят с уже ориентированным в направлении деформирования полимером, В результате площадь петли гистерезиса уменьшается и механические потери снижаются. Естественно, что такая перестройка характерна для данного вида циклической деформации и при его изменении вновь возрастут гистерезисные потери. [c.102]

Повышение темп-ры и пластификация полимера приводят к уменьшению времени релаксации, поэтому на зависимости к от темп-ры и содержания пластификатора наблюдается минимум. Ориентация структуры при пульсирующем растяжении повышает X. При типичном виде испытаний — знакопеременном изгибе —X невелика. Влиянием релаксационных факторов объясняется и хорошо известная из практики опасность многократного удара, хотя время действия нагрузки при ударе. меньше, чем при гармонич. нагружении. Высокая скорость деформирования приводит к перенапряжениям в момент удара, а длительный отдых между ударами вызывает разупрочнение материала из-за уменьшения степени ориентации. [c.351]

Рассмотрим случай определения Д. полимеров при сложных режимах нагружения, когда в процессе испытания на Д. приложенное внешнее напряжение меняется по нек-рому закону (i). Если предположить, что разрушение необратимо, то для определения Д. при любом режиме нагружения можно использовать принцип суммирования нарушений, иначе наз. суперпозиции принцип или Бейли критерий. [c.379]

Главной проблемой при ударных испытаниях пластмасс является подбор таких условий эксперимента, которые бы наиболее точно моделировали реальные условия работы материала. В предыдущей главе обращалось внимание на то, что характер зависимости напряжений от деформаций на начальном участке в основном определяется скоростью нагружения, его длительностью и температурой. От этих же факторов существенно зависят и прочностные свойства пластмасс. Вообще говоря, оценки полимеров, полученные при низкоскоростных испытаниях, могут совершенно не совпадать с резуль-тата.ми высокоскоростных испытаний. Тем не менее следует ясно представлять, что поведение материала при ударных нагрузках — это только крайний случай проявления его механических свойств, другой крайний случай имеет место при долговременных испытаниях образца на ползучесть. Поэтому всякое качественное объяснение поведения материала при высокоскоростных деформациях должно согласовываться с результата.ми испытаний этого материала в самом широком диапазоне длительностей воздействия. [c.380]

При изменении скорости нагружения ориентированных полимеров не происходит перехода от пластичного разрушения к хрупкому. При испытаниях полностью ориентированных материалов, таких, как полиэтилентерефталат , шелк и вискоза , по мере повышения скорости нагружения наблюдается незначительное повышение предела прочности и уменьшение удлинения при разрыве. Отметим также, что существует некоторая предельная скорость, при которой волокна разрушаются без заметных деформаций (по всей вероятности, это относится и к более крупным образцам). Смит определил величину этой предельной скорости, при которой волна напряжения еще может распространяться в образце, для ряда волокнообразующих полимеров. Если скорость приложения нагрузки выше этого предела, образец мгновенно разрывается в месте удара, не претерпевая при этом никаких удлинений. [c.398]

При усталостных испытаниях полимеров из-за сдвига фаз между напряжением и дефюрмацией необратимо затрачивается работа, определяемая площадью гистерезисной петли на кривых напряжение — деформация. Релаксационная природа усталостной прочности линейных полимеров проявляется в зависимости напряжений и усталостной прочности от частоты деформирования, причем при частотах более 1000 циклов/мин дополнительную роль играет явление саморазогрева материала.,Однако даже при низких, частотах наблюдается тенденция снижения усталостной прочности (или выносливости) по мере роста частоты напряжения (рис. 1.18). Исследования свидетельствуют о том, что чем выше частота нагружения, тем меньше условный (на базе 10 циклов предел прочности органических стекол, который изменяет я с ростом частоты от 700 до 3600 циклов/мин с 23 до П.б МПа. Наиболее, заметно-предел усталости снижается при переходе от низких частот к частотам порядка 1500 циклов/мин. . [c.24]

Необходимо изучение закономерностей изменения свойств или закономерностей разрушения полимеров в условиях многократных деформаций. Существует два основных режима нагружения полимеров при испытании на динамическую усталость один из них — это режим ео= сопз( и еср=сопз1 другой режим утомления Оср= [c.207]

Известно, что механические свойства пластмасс, определяющие их поведение при механическом воздействии, существеиио зависят от условий проведения испытаний. В связи с релаксационным характером процессов, определяющих поведение полимеров в механическом поле, существует зависимость механических характеристик от времени, скорости нагружения, температуры. Следует учитывать также способность полимеров к вынужденной высокоэластичности, а также зависимость релаксационных характеристик от напряжения. [c.238]

Приведенные выше экспериментальные данные (см. рис. 33— 41) относятся к прочности полимеров при растяжении с постоянной скоростью. Между временной зависимостью прочности и прочностью при испытании е постоянной скоростью нагружения (растяжения) ил1еется определенная связь . [c.79]

Из изложенного следует, что закономерности динамической и статической усталость резины одинаковы, но статический режим испытания является более мягким по сравнению с динамическим. Неслют-ря на то, что в сгатическил условиях резина находится все время в напряженном состоянии, ее разрушение происходит значительно позднее, чем npi динамических испытаниях, когда резина находится в напряженном состоянии лишь часть времени. Это объясняется, во-первых, тем, что при периодических нагрузках перенапряжения на микродефектах не успевают отрелаксировать за время каждого цикла нагружения, тогда как при статической нагрузке они с течением времени выравниваются и приближаются к равновесному значению Во-вторых, разрушение полимеров при многократных деформациях ускоряется механически активированными химическими ироцесеами . [c.208]

Форма образцов регламентируется лищь для режима одноосного нагружения (растяжения [60], сжатия [59], среза [64]), а также статического изгиба [58] и для испытаний полиэтиленовых труб [65]. На рис. 3.1 показаны образцы, используемые для определения длительной прочности полимеров при одноосном растяжении. В, соответствии с действующим ГОСТ 18197—72 для испытаний большинства полимерных материалов (термо-и реактопласты, слоистые пластики) применяют образцы типа 2 (ГОСТ 11262—76). В некоторых случаях испытания гомогенных пластмасс проводят на образцах типа 5, имеющих уменьщенные размеры. Механические испытания деформативных пластмасс (полиэтилен низкой плотности, пластикат и т. п.) проводят на образцах типа 1. [c.52]

Ведущее положение, которое занимают измерения при растяжении среди других видов нагружения, не случайно. К преимуществам этого вида испытаний относятся сравнительно простой способ достижения однородного поля деформации в большом объеме материала, возможность реализации характерных для полимеров больших деформаций, возможность прямо переходить от испытаний блочных материалов к испытанию тонких листов и пленок. В измерениях при растяжении происходит изменение не только формы материала, но и его объема, что в некоторых случаях принципиально важно для оценки поведения материала. В испытаяиях на растяжение легко осуществляется переход от жестких материалов к эластичным. Сказанное позволяет на примере растяжения рассмотреть все общие вопросы измерений с регистрацией диаграммы напряжение — деформация. [c.198]

Другой полимер, который рассматривает Сенсон ,—это полиэтилен средней плотности (0,945 г1см ). Он способен кристаллизоваться, что позволяет наблюдать при испытании труб некоторые очень интересные явления. При кратковременных испытаниях и низких температурах разрушение труб носит пластический характер. С увеличением продолжительности испытания и температуры наблюдается хрупкое разрушение. Этот эффект противоположен явлениям, с которыми мы сталкивались при изучении труб из поливинилхлорида (аморфного полимера), хрупкое разрушение которого происходило при малых временах воздействия и низких температурах, а пластическое—при продолжительном нагружении и повышенных температурах. [c.179]

В квазитиксотропных системах отсутствует устойчивый пространственный каркас. Поэтому при малой скорости нагружения возникающие в полимере напряжения успевают релаксировать, и течение такой системы (в области малых скоростей деформации) происходит без сколько-нибудь заметных разрушений надмолекулярных структур. Типичный пример деформационной характеристики такой системы приведен на рис. 1.40, на котором представлены зависимости р = р ( = -у/) при у = 10 — 10 сек для бутадиен-стирольного каучука . Интересно, что последовательные испытания одного и того же образца дают значения напряжения сдвига, удовлетворительно совпадающие друг с другом. (Эксперименты проводились на ротационном вискозиметре РВ-2.) [c.63]

В обзоре [42] показано, что варьирование скорости нагружения и молекулярного веса полимера приводит к одинаковым изменениям вида поверхности разрушения полиметилметакрилата. Эти результаты обобщены на рис. 12.21 и 12.22, заимствованных из обзора [42]. Можно видеть, что зеркальная область, где начинается рост наиболее опасной трещины, становится более протяженной как с уменьшением скорости нагружения, так и с ростом молекулярного веса. Это соответствует увеличению работы, совершенной во время разрушения, в соответствии с представлениями Бакнелла и Смита, развитыми ими для ударопрочного полистирола, и с экспериментальными данными Берри, полученными при испытаниях полиметилметакрилата. Ясно также, что варьирование температуры, при которой проводятся испытания, вызывает аналогичные изменения вида поверхности разрушения. Можно полагать, что аналогично тому, как это наблюдалось для ударопрочного полистирола, протяженность зеркальной области увеличивается с ростом температуры. [c.336]

Жидкая среда, контактируя с образцом в процессе усталостных испытаний при циклическом нагружении, может изменять и ослаблять саморазогрев материала, изменять характер и кинетику релаксационных процессов в субмикро- и микротрещинах, препятствовать частичному смыканию и залечиванию микротрещин и т. п. Сложность явления обусловливает определенную противоречивость имеющихся в литературе немногочисленных экспериментальных данных и их теоретическую трактовку по исследованию усталостного разрушения жестких полимерных материалов в контакте с жидкими агрессивными средами. В некоторых случаях усталостная прочность полимеров в контакте с жидкостью выше, чем на воздухе в других — контакт с жидкостью значительно снижает долговечность при циклическом нагружении. [c.177]

Физические свойства определены, если Известны функций П (i) илй R (t), связанные с функциями К (t) м (t) и упругими постоянными. Указанные характеристики можно получить при испытаниях образцов в заданных режимах нагружения (проще "всего при испытаниях на ползучесть). Опыты показывают, что в начальный момент времени после нагружения полимера скорость деформации ползучести весьма велика, и можно считать, что при t — О dddt = оо. Затем в течение некоторого промежутка времени скорость уменьшается и, если напряжения достаточно малы (а < ai), может стать равной нулю, что означает прекращение роста деформации ползучести (рис. 1,1). Определение наибольшего уровня напряжений, при котором ползучесть данного полимерного материала ограничена (кривая /), имеет важное практическое значение, так как только до этого уровня можно нагружать конструкции, чтобы их размеры в процессе эксплуатации не превысили заданных. При ббльших напряжениях (<т = а ) через некоторый промежуток времени скорость деформаций может стать постоянной. В этом случае говорят об участке установившейся ползучести AB на кривой II), где е = d ldt = onst, после которого скорость деформации к увеличивается вплоть до разрушения образца. При достаточно больших напряжениях (ст = dg) участок AB может стать настолько малым, что превратится в точку С перегиба кривой к (t), разделяющую начальный участок с убывающей скоростью и участок с возрастающей скоростью ползучести (кривая III). В двух последних случаях ползучесть материала является неограниченной. [c.7]

ASTM D1790 [ 17а] и D746 [ 18] являются методами испытаний для рутинного определения характерной температуры охрупчивания , при которой полимеры проявляют хрупкое разрушение при заданных ударных условиях. Первый метод предназначен для тонкой (0,25 мм или менее) полимерной пленки, а второй — для реальных условий нагружения. Таким образом, имеются способы предсказать поведение материала при низких температурах, что важно для полимерных пленок, используемых в различных температурных условиях. Испытание проводится в примерно одинаковых условиях деформации, а температура охрупчивания оценивается статистически как температура, при которой 50% образцов разрушается. [c.316]

Д.— фундаментальная характеристика прочностных свойств материалов. Всестороннее изучение зависимости Д. от условий испытания (размера и вида напряжения а, темп-ры Т, режима нагружения, характера окружающей среды и др.) дает важную информацию о физич. природе разрушения, а следовательно, и о природе прочностных свойств твердых тел. Опытные данные о зависимости Д. от условий испытания должны быть положены в основу инженерных расчетов на прочность конструкций и деталей из любых твердых тел, в том числе и полимерой. [c.374]

Подавляющее большинство механич. характеристик пластмасс, как и др. полимерных материалов, существенно зависит от условий опыта. Это связано с ярко выраженным релаксационным и активационно-кинетич. характером процессов, определяющих поведение полимеров во внешнем ноле, приводящих к весьма заметной зависимости любой характеристики полимеров от времени, скорости нагружения и, в особенности, от темп-ры. Кроме того, пластмассы проявляют способность к вынужденной высокоэластичности (см. Высокооластич-ность вынужденная), а их релаксационные характеристики сильно зависят от напряжения. Поэтому механические свойства пластмасс приходится оценивать множеством показателей, используя большое количество методов испытаний и разнообразную аппаратуру. [c.439]

Величина наз. податливостью потерь, определяет интенсивность тепловыделений при периодич. нагружении полпмерной композиции. С помощью этой величины характерпзуются также критич. условия, при к-рых происходит переход к неконтролируемому разогреву и изделие теряет механич. устойчивость. Характер темп-рной зависимости Г и Г, как и I (см. Ползучесть), позволяет судить о границах релаксационных областей физич. состояния полимеров, а также о структурных и фазовых переходах. Измерение П.— один из основных способов оценки механич. свойств полимерных систем. Широко применяемым методом измерения П. является термомеханическое исследование полимеров, при к-ром определяется деформируемость материала при определенной продолжительности нагружения в регламентированных условиях испытания. А. я. Малкин. [c.338]

Протяженность плато высокоэластического состояния определяется как область, в которой модуль упругости остается примерно постоянным в диапазоне значений 10 —10 дин/см при варьировании условий нагружения полимера. Эта область может определяться по двум координатам — температуре и времени (частоте) внешнего воздействия. В первом случае протяженность плато высокоэластического состояния характеризуется разностью температур (А Г) между температурой текучести и размягчения, во втором — разностью логарифмов частот А Ig га, большая из которых отвечает переходу стеклообразное состояние, а меньшая — в текучее состояние полимера. Разность А Т находят в условиях нормирования режима испытаний по временному (частотному) фактору, a А Ig ш определяется при изотермических условиях. В силу принципа темпераэтрно-временной аналогии должна существовать связь между А Г и А Ig со, а обе эти величины могут быть сопоставлены с характеристиками структуры полимеров. [c.156]

Удлинения при разрыве систематически уменьшаются при повышении скорости растяжения, однако и при очень высоких скоростях нагружения поливинилхлорид остается ударопрочным материалом. Обратный случай влияния скорости нагружения наблюдается при испытаниях аморфного полиэтилентерефталата. Этот полимер обладает способностью к холодному течению при скоростях растяжения до 2,5 mImuh, но при скоростях выше 12,5 м1мин он становится хрупким, при этом удлинения при разрыве снижаются с 450 до 5%. [c.393]

Адгезионное металлополимерное соединение является важнейшим элементом комбинированных материалов, деталей и конструкций на основе полимеров и металлов. Надежность адгезионного соединения зависит от многих факторов химического состава и строения макромолекул степени полимеризации надмолекулярной структуры полимера химического состава и строения металла типа и количества модификаторов, содержащихся в полимере и металле состояния поверхности полимера и металла условий формирования адгезионного соединения (темшературно-временно-го режима полимеризации, плавления, охлаждения и кристаллизации, среды и т.д.) конструкции соединения условий испытания (температуры, параметров нагружения, наличия жидкой среды) и т. д. [1—11]. [c.19]