Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Прочность и процессы разрушения полимеров

    Кроме подхода с точки зрения механики процесса разрушения (механического) существуют два физических подхода к теории прочности термодинамический и кинетический. Последние позволяют понять природу процессов разрушения полимеров и объяснить их механизмы, учитывая законы термодинамики и структуру материала. [c.287]

    Особенности строения полимеров обусловливают характерные закономерности их механических свойств, в том числе и механической прочности. Основное специфическое свойство макромолекул — их гибкость накладывает отпечаток на процесс разрушения полимеров. [c.54]


    Прогнозирование длительной прочности по Г. М. Бартеневу [421, с. 738] основывается на принятии флуктуационного механизма процесса разрушения полимеров. [c.145]

    Развитие химических процессов в нагруженном полимере может в зависимости от условий опыта вызвать даже большее уменьшение прочности, чем протекание чисто физических процессов разрушения. В этом случае развитие процесса разрушения полимера во времени определяется не обычными законами прочности, а кинетикой химических процессов, ослабляющих полимерный материал, и различные факторы могут оказать влияние, прямо противоположное по сравнению с их влиянием на процесс разрушения химически неизменного полимера. [c.159]

    Экспериментальные данные по теплотам адсорбции и по коэффициентам поверхностной диффузии несмачивающих жидких сред на поверхности образцов полимеров могут помочь объяснить механизм процессов разрушения полимеров в полностью несмачивающих средах. Очевидно, это связано с тем обстоятельством, что адсорбция паров несмачивающих жидкостей на низкоэнергетических полимерных поверхностях мала [68, с. 13 69, с. 280]. Поэтому не следует ожидать заметного снижения долговременной прочности полимерных материалов в полностью несмачивающих средах. [c.152]

    Книга представляет собой коллективный труд ведущих специалистов США, Англии, Японии и других стран, посвященный процессам разрушения твердых полимеров. В ней рассмотрена структура твердых полимеров, временная зависимость прочности и механизмы разрушения, дается теоретическое описание и приводятся результаты экспериментального исследования хрупкого разрушения полимеров. Отдельные статьи, написанные по общему плану, дают полную картину современного состояния физики процесса разрушения полимеров. Книга рассчитана на научных сотрудников, работников промышленности синтетических смол и пластических масс, занимающихся переработкой полимеров, преподавателей и студентов вузов, интересующихся механическими свойствами полимеров. [c.288]

    Последнее уравнение хорошо подтверждается экспериментально, т. е. коэффициенты а и Р оказываются действительно равными. Это равенство сохраняется при различных температурах (от —50 до +50° С), т. е. энергии активации обоих процессов — разрушения полимера и разрыва химических связей — одинаковы. Равенство энергий активации показывает, что именно разрыв связей является молекулярным процессом, ответственным за разрушение полимера и определяющим время его жизни и температурную зависимость прочности. [c.432]


    Роль химических и межмолекулярных связей в процессе разрушения полимеров — одна из важнейших проблем кинетической концепции прочности полимеров. За последние годы этому вопросу посвящены работы [1—7 и др.]. Однако до настоящего времени эта проблема окончательно еще не решена. Объясняется это, по-видимому, сложностью вопроса [c.72]

    Временная зависимость прочности таких блочных полимеров, как полиметилметакрилат и полистирол, и линейная связь между lgт и а также были обнаружены еще в 1944 г. [43]. В работе [43] на основе этого было высказано предположение о термофлуктуационной природе процесса разрушения полимеров и о глубоком физическом смысле больцмановского мно-i/o — ли (ст) [c.76]

    В работах, выполненных в лаборатории физики прочности ФТИ им. А. Ф. Иоффе АН СССР в Ленинграде, для исследования процесса разрушения полимеров на молекулярном уровне применялись электронный парамагнитный резонанс для изучения свободных радикалов, оптическая (инфракрасная) спектроскопия для изучения химически стабильных высокомолекулярных продуктов разрушения и масс-спектрометрия для изучения низкомолекулярных летучих продуктов. Эти методы используют характерные свойства изучаемых молекулярных объектов. Кроме принципиальных возможностей, при выборе той или иной методики принималась во внимание чувствительность аппаратуры. [c.169]

    В настоящее время проблема прочности конструкционных полимерных материалов приобрела актуальное значение. До появления кинетических концепций о процессе разрушения полимеров господствовали представления, которые рассматривали разрушение с точки зрения механики упругого твердого тела, имеющего дефекты. Однако экспериментальные факты доказывают существенную роль вязкоупругих релаксационных свойств при разрушении металлов, полимеров и других материалов. Известно, например, что имеет место повышение ударной вязкости полимерной системы при введении в нее высокомолекулярных добавок, для которых характерна релаксация напряжения при низких температурах. Прочностные свойства полимеров связаны с релаксационными процессами, например с механическими потерями. Задача теоретических исследований в данном случае состоит в построении теории прочности, учитывающей роль релаксационных процессов. [c.5]

    Рассмотрена структура твердых полимеров, временная зависимость прочности и механизмы разрушения, приведены теоретическое описание и результаты экспериментального исследования хрупкого разрушения полимеров. Отдельные статьи, написанные по общему плану, дают полную картину современного состояния физики процесса разрушения полимеров. [c.4]

    Данное уравнение является математическим выражением кинетической концепции прочности твердых тел. Согласно этой концепции, механическое разрушение материалов рассматривается как некоторый кинетический процесс, при этом показатель прочности не является предельной величиной, носящей характер константы материала. Процесс разрушения полимеров, по мнению С. Н. Журкова, не есть чисто механическое явление это процесс распада межмолекулярных и межатомных связей [c.70]

    Данное уравнение является математическим выражением кинетической концепции прочности твердых тел [1, с. 47]. Согласно этой концепции механическое разрушение материалов рассматривается как некоторый кинетический процесс, при этом показатель прочности не является предельной величиной, носящей характер константы материала. Процесс разрушения полимеров, по Жур-кову, не есть чисто механическое явление. это процесс распада межмолекулярных и межатомных связей под влиянием тепловых флуктуаций, вызванных напряжениями извне. Разрушение носит локальный характер оно происходит по слабым местам, там, где тепловые флуктуации (скачкообразное возрастание внутренней 68 [c.68]

    Процесс разрушения полимера начинается с возникновения в образце очагов разрушения. Напряжение, п )и котором в полимере образуется очаг разрушения, тем выше, чем однороднее по структуре образец и чем выше его теоретическая прочность (прочность идеального образца, в котором отсутствуют дефекты). [c.98]

    При анализе влияния температуры и скорости нагружения или скорости деформирования на прочность следует исходить из молекулярно-кинетического механизма разрушения. Необходимо учитывать специфику разрушения полимерных материалов, которая сводится прежде всего к тому, что структура материала, определяемая, в частности, конформационным набором макромолекул, до начала испытания (или в начале эксплуатации изделия) существенно отличается от структуры разрушающегося материала. Это же относится и к комплексу релаксационных характеристик материала. Поэтому процесс разрушения полимеров необходимо рассматривать как релаксационный со всеми вытекающими отсюда последствиями. В частности, к процессу разрушения применим принцип достижения одного и того же результата (например, одного и того же значения прочности) путем соответствующих изменений либо температуры, либо скорости нагружения (так называемый принцип температурно-скоростной суперпозиции). [c.70]


    Прочность полимерных материалов приобретает все более актуальное значение. До появления кинетической точки зрения на разрушение полимеров придерживались представлений о разрушении исключительно с позиций механики упругих твердых тел, имеющих дефекты. Однако экспериментальные факты [33—36] доказывают существенную роль вязкоупругих релаксационных явлений при разрушении полимеров. В этой связи построение математической модели кинетики набухания, учитывающей релаксационные явления в полимере, актуально для нахождения благоприятных условий проведения процесса с целью уменьшения брака при производстве ионообменных материалов аналитического назначения (хроматографического и ядерного класса). При этом описание релаксационных явлений в полимерных материалах связывается с рассмотрением их как сплошных сред, которые по своим механическим свойствам занимают промежуточное положение между упругими твердыми телами и вязкими жидкостями (что приводит к возникновению явлений вязкоупругости). [c.300]

    Эта книга могла бы также иметь название Кинетическая теория разрушения полимеров . Однако термин кинетическая теория нуждается в определении или по крайней мере некотором пояснении. В кинетической теории детально рассматривается влияние дискретности материи, движения и физических свойств молекул на макроскопическое поведение ансамбля в газообразном или другом состоянии вещества. В кинетической теории прочности приходится дополнительно учитывать упругие и неупругие деформации, химические реакции и физические процессы, типы различных этапов разрушения и их последовательность. [c.7]

    Прочность характеризует сопротивление материалов разрушению под действием внешних сил. Под разрушением полимера понимается разрыв его на части (нарушение сплошности), т. е. разрушение — процесс, приводящий к образованию новых поверхностей раздела .  [c.280]

    В области нехрупкого разрушения полимеров между температурами Тхр и Тс (см. рис. 11.4) рассеяние упругой энергии при росте трещин из-за различных локальных деформационных процессов становится существенным и термофлуктуационный механизм переходит в термофлуктуационно-релаксационный (см. табл. 11.2). Кроме того, механические потери оказывают существенное влияние на динамическую прочность полимеров при циклических нагружениях. Вызываемый ими локальный разогрев в местах перенапряжений ускоряет рост трещин и снижает долговечность и прочность. [c.314]

    Собственно, типичный разрыв полимера наблюдается только в области V, а при более высоких температурах наблюдаются нелинейные деформационные эффекты — потеря устойчивости процесса деформации в месте образования сужения и вязкое течение. Особенности деформации и разрыва полимера при Т>Тц скорее относятся к области реологии полимеров, чем к физике прочности. Поэтому в дальнейшем будет обсуждаться процесс разрушения только в высокоэластическом состоянии, главным образом на примере несшитых и сшитых эластомеров. [c.334]

    Понижая напряжение, можно достичь такого его значения, при котором практически не будет ускоряться разрушение полимера. При таком напряжении долговечность напряженного и ненапряженного полимеров почти одинаковы в них обоих процессы естественного старения развиваются с одинаковой скоростью. Это напряжение называется безопасным. При его достижении кривая долговечности меняет ход (рис 13.10). Таким образом в кинетической теории прочности нет понятия критического напряжения всякое напряжение за тот или иной промежуток времени производит разрушение. Однако ниже некоторого значения напряжения, называемого безопасным, разрушение не ускоряется под действием напряжения, а происходит в соответствии с тем, как быстро протекают процессы старения в полимере. [c.204]

    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]

    При действии переменных, в частности периодических или циклических, нагрузок процессы разрушения полимеров ослонсняются действием ряда факторов, не наблюдаемых при статической усталости. Снижение прочности материала под действием переменных нагрузок принято называть динамической усталостью материала (или просто усталостью). [c.329]

    Сопоставление термодинамического и кинетического подходов к процессам разрушения полимеров пока.зало, что для ПММА и капронового волокна критерий Гриффита оа соответствует Оо, а не (Тк- Отсюда следует, что Оа и теория Гриффита не имеют отношения к критерию разрушения и к критическому напряжению Юк. Критерий Гриффита скорее является критерием безопасности (как и безопасное напряжение Оо в термофлуктуационной теории прочности). Таким образом кинетический подход дает термофлуктуационный вклад тф в долговечность и определяет его границы (оо, Оф) При Т—>-0 напряжение Оф —Нсгк. Термодинамический подход дает оценку безопасного напряжения в виде порогового напряжения Гриффита Оо, которое характеризует равновесное состояние (когда процессы разрыва и рекомбинации химических связей равновероятны). Механический подход дает атермический вклад Тк в долговечность т = тф-ьтк и методы расчета концентрации напряжения (или локальных напряжений) в вершинах микротрещин, ответственных за разрушение. При переходе к бездефектным (высокопрочным) материалам, имеющим микронеоднородную Структуру и перенапряженные цепи, уравнепнс долговечности переходит в известное уравнение Журкова. [c.191]

    Для решения вопроса о роли химических и межмолекулярных связей в процессе разрушения полимера было исследовано влияние ориентации (стр. 239) н пластификации (глава XX) на прочность вискозного и капронового волокон. Эги исследования1 показали, что при введении пластификатора прочность волокна понижается в 1,5 раза, в то время как величина активационного барьера (/р не изменяется. При ориентации прочность увеличивается, а величина Уд также не изменяется. Эти данные показывают, что разрыв полномерного материала происходит по химическим связям цепей главных валентностей. [c.222]

    Кинетические эффекты, связанные с проникновением жидкой среды к местам разрыва и перестройки межмолекулярных связей, характерны и для процессов разрушения полимеров. Так, авторы работы [208], исследуя с помощью микрокиносъемки процессы роста трещин разрушения ПЭТФ в присутствии различных жидких сред, показали, что скорость роста трещины разрушения связана с вязкостью используемой жидкости. В монографии Тынного [196] описаны результаты исследования прочности ПММА в ряде жидких сред в зависимости от скорости его деформации. Показано, что понижение прочности ПММА постепенно уменьшается с возрастанием скорости деформации. Автор объяснил наблюдаемый эффект тем, что для облегчения разрушения полимера необходимо оптимальное соотношение скорости роста трещины и скорости поверхностной миграции среды к ее вершине. Поскольку скорость поверхностной диффузии жидкости постоянна, а скорость роста трещины зависит от скорости нагружения, то эффективность действия среды должна уменьшаться с возрастанием скорости деформации. [c.121]

    Переходя к процессам разрушения полимеров, следует обратить впимание па то, что в настоящее время обнаружено много разных механизмов разрушения полимерных тел. Эти механизмы существенно зависят от физических состояний полимерных тел, и поэтому нельзя ограничиться очень крупными достижениями, которые нам дала теория прочности, основанная на том, что процесс разрушения полимерных тел связан с разрывом отдельных химических связей. Здесь перед физиками, работающими в области прочности полимеров, стоит еще очень большая и сложная проблема учета надмолекулярной структуры, а также различия форм жестких макромолекул. [c.139]

    Связывая процесс разрушения полимеров с механохимическими явлениями, можно поставить интересную задачу для исследований. Обычно при изучении процесса термической деструкции полимера стремятся найти наиболее слабые связи, которые рвутся в первую очередь и ограничивают термостойкость полимера. Естественно, что замена этих связей на более сильные (т. е. направленное изменение химического строения полимера) приведет к повышению термостойкости. Если концепция о тер-мофлуктуационной природе разрушения справедлива, при такой замене может повыситься не только термостойкость, но и прочность полимера. Поэтому очень важно определить слабые связи в полимере которые и будут ответственны за прочность (точнее, за слабость ) полимерного материала. [c.382]

    При описании процесса разрушения автор использует следующие термины ослабление (failure), т. е. накопление нарушений, разрушение (fra ture), т. е. образование трещин, и разрыв тела на части (rupture). При этом ослабление является процессом физико-химических превращений в полимере, приводящих к образованию трещин, а физический процесс их разрастания к конечному результату — механическому эффекту потери прочности.— Прим. ред. [c.19]

    Исторически первые эксперименты со свободными механорадикалами с использованием метода ЭПР были выполнены в институте им. Иоффе в Ленинграде в 1959 г. [1] на размолотых или раздробленных полимерах, причем образцы исследовались после завершения процесса разрушения. Для объяснения влияния параметров структуры и условий нагружения на кинетику образования свободных радикалов под действием напряжения необходимо изучить поведение высоконапряженных цепей в процессе их нагружения методом ЭПР. Как подчеркивалось в гл. 5, заметное упругоэнергетическое деформирование цепи можно получить лишь в том случае, если цепь не может сама снять свое напряжение путем изменения конформации или проскальзыванием в поле приложенных одноосных сил. Наоборот, механический разрыв цепи должен указывать, что в момент разрыва не только были достигнуты осевые напряжения ф, равные прочности цепи 1 )с но и что подобное состояние сохранялось в течение времени, равного средней долговечности Тс сегмента цепи. [c.187]

    Совершенно ясно, что роль нагружения цепи и ее разрыв будут совсем разными для трех механизмов, определяющих прочность полимера. В данной книге неоднократно утверждалось, что способность цепных молекул нести нагрузку становится более эффективной, если ориентация цепи и межмолекулярное притяжение вызывают постепенное накопление больших напряжений вдоль оси цепи и препятствуют проскальзыванию последней и образованию пустот. Именно по этой причине высокоориентированные волокна полимеров наиболее удобны для изучения нагружения цепи и ее разрыва. В гл. 7 были рассмотрены экспериментальные результаты образования механорадикалов и их преобразование. В отношении феноменологических представлений о процессе разрушения в литературе мало разногласий. В первом разделе данной главы будет рассмотрен наиболее спорный вопрос о возможном влиянии разрыва цепи и реакций радикалов на предельную прочность. [c.227]

    Важнейшей характеристикой прочностных свойств является долговечность хи (время, в течение которого нагруженный образец не разрушается), отражающая кинетический характер процесса разрушения. В инженерной практике используются понятия кратковременной и длительной прочности. Кратковременная прочность Стр (или разрывное напряжение) обычно определяется на разрывных машинах при заданных режимах скорости нагружения и скорости деформации. Характерное время до разрушения — порядка 102 с. Длительная прочность обычно определяется при нагружении статическими или переменными нагрузками, малыми по сравнению с пределом прочности Ор. Кратковременная и длительная прочность полимеров относятся к технической прочндсти, которая обычно значительно ниже так называемой теоретической прочности материала с идеальной структурой. [c.281]

    Кинетический подход, основателем которого является акад. С. Н. Журков [11.10 61], отличается тем, что основное внимание обращается на атомно-молекулярный процесс разрушения и разрыв тела рассматривается как конечный результат постепенного развития и накопления микроразрушений или как процесс развития микротрещины на молекулярном уровне. Основным фактором в этом подходе является тепловое движение в полимерах. Выяснение природы этого термофлуктуационного процесса разрушения, зависимости скорости процесса и долговечности от температуры, напряжения и других факторов является основой современной физической теории прочности и базой для дальнейшего развития теорий предельного состояния в механике разрушения. Эти подходы будут в дальнейшем рассмотрены подробней. [c.287]

    Деформационные свойства, в том числе механические потёри, являются проявлением релаксационных свойств полимеров. Влияние механических потерь на процесс разрушения поставило более широкую проблему о взаимосвязи релаксационных свойств (деформационных) и процессов разрушения в полимерах. Эта важная проблема находится в стадии развития как в теоретическом [10 11.20], так и в экспериментальном плане [11.21 11.22]. Так, замечено, что прочность испытывает на температурной зависимости скачкообразные изменения при температурах у- и -релаксационных переходов, когда изменяется молекулярная подвижность в цепях полимера. В стеклообразном состоянии существует ряд характерных температур (релаксационных переходов), в которых долговечность претерпевает изменение. Для исследования природы деформация и разрушения полимера в стеклообразном состоянии изучались ползучесть, долговечность, разрывное напряжение и ширина линии ЯМР в широком температурном интервале. Установлены следующие принципиальные положения. [c.317]

    При достаточно низкой температуре или больших скоростях разрушения термофлуктуационный механизм не реализуется и разрушение происходит по атермичесрюму механизму. Чем выше температура, тем интенсивнее проявляется термофлуктуационная природа прочности полимеров. При температурах выше температуры стеклования существенное влияние на процесс разрушения начинают проявлять релаксационные свойства (см. табл. 11.2). Так, в высокоэластическом состоянии ведущим процессом в разрушении является не термофлуктуационный разрыв химических связей, а преодоление межмолекулярных сил и процессы рела сации. Это явление подробно рассматривается в следующей главе. [c.331]

Смотреть страницы где упоминается термин Прочность и процессы разрушения полимеров: [c.142]    [c.631]    [c.206]    [c.201]    [c.203]    [c.229]    [c.40]    [c.130]    [c.346]    [c.229]   
Смотреть главы в:

Физика и механика полимеров -> Прочность и процессы разрушения полимеров



ПОИСК







© 2025 chem21.info Реклама на сайте