Пластический разрыв полимеров

Пластический разрыв полимеров [c.116]

Пластический разрыв полимеров связан с их текучестью, т. е. со способностью при определенных условиях испытывать под действием внешних сил вязкое течение. Последнее распадается [c.116]

Пластический разрыв полимеров 117 [c.117]

Пластический разрыв полимеров 119 [c.119]

Как известно, пластический разрыв полимеров связан со способностью этих материалов при определенных условиях течь под действием напряжений, превышающих предел текучести, или пластичности Чем выше температура, тем меньше предел текучести, пока при температуре текучести Тт он не обращается в нуль. Выше этой температуры течение полимера происходит при любых малых напряжениях. Пределы текучести линейного и пространственно-структурированного полимера сильно различаются из-за большого различия в прочности химических поперечных связей и межмолекулярных связей, ответственных за образование временных узлов сетки. Поэтому у пространственно-структурированных полимеров температура пластичности Т смещена в область высоких температур. [c.120]

Пластический разрыв полимеров подробно изучен на каучуках и резиновых смесях. Разрыв этого вида сопровождается необратимым течением материала и образованием перед разрывом [c.120]

Пластический разрыв полимеров [c.123]

Пластический разрыв полимеров связан с перемещением структурных элементов друг относительно друга и с преодолением межмолекулярного взаимодействия. В определенных условиях (высокие температуры, медленное приложение нагрузки) в материале возникает вязкое течение [30, с. 68]. [c.120]

До температуры пластичности Т разрыв полимера происходит без образования сужения, или шейки , в месте разрыва (поперечное сечение образца до разрыва и после разрыва, как и при хрупком разрыве, не изменяется). Выше температуры Тп при переходе через предел текучести Оп развивается пластическая деформация, пока в месте разрыва не образуется сужение и не наступит [c.333]

Разрушающее напряжение в случаях пластического и высокоэластического разрушения по-разному зависит от скорости деформации (рис. П.51). При пластическом разрушении характеристикой прочности является предел текучести. Какой тип разрушения реализуется в линейном полимере, зависит от того, что меньше Стр или предел текучести. Если значение предела текучести меньше значения разрушающего напряжения, то реализуется пластическое разрушение если Ор меньше предела текучести, то происходит высокоэластический разрыв. Из рис. 11.51 следует, что при скорости деформации меньше v и больше v" разрушающее напряжение меньше предела текучести. В этих областях происходит высокоэластический разрыв. В интервале скоростей от v до v" реализуется пластический разрыв. [c.116]

На рис. 7.1 высокоэластическому состоянию соответствует область V, пластическому — область VI и вязкотекучему — область VII выше температуры Гт. Температурные границы этих областей зависят для данного полимера от временного режима испытания образцов и, как правило, с увеличением скорости деформации и уменьшением времени действия нагрузки смещаются в сторону высоких температур. Чисто высокоэластический разрыв полимера наблюдается только в области V, при более высоких температурах разрыв осложняется нелинейными деформационными эффектами — потерей при о оп устойчивости процесса деформации (образованием сужения) и вязким течением. Особенности деформации и разрыва полимера выше температуры Ти скорее относятся к области реологии полимеров, чем к физике прочности. Поэтому в дальнейшем будет обсуждаться процесс разрушения в высокоэластическом состоянии ниже Гп на примере несшитых и сшитых эластомеров. [c.219]

В области температур выше температурной области высокоэластического состояния линейные полимеры подвергаются пластическим деформациям. В соответствии с этим различают пластический разрыв высокополимеров. Механизм перехода от высокоэластического разрыва линейных полимеров к пластическому связан с тем, что с повышением температуры предел текучести снижается сильнее, чем эластическая прочность . При высоких температурах значение предела текучести становится меньше эластической прочности. Это иллюстрирует рис. 90, на котором показаны температурные зависимости разрушающего напряжения эластического разрыва и предела текучести. [c.113]

При действии на полимер значительной внешней силы наряду с перемещением макромолекул возможен разрыв отдельных связей, что способствует более быстрому течению полимера. Образующиеся радикалы могут претерпевать различные превращения. При этом в зависимости от условий разрушения молекулярный вес полимера либо изменяется, либо остается постоянным. Этот процесс, получивший название химического течения, иногда сопутствует вязкому течению полимера. Доля того или другого механизма течения в общей пластической деформации полимера может меняться в широких пределах. При низкой вязкости расплава полимера химическое течение практически отсутствует, однако при повышенной вязкости и достаточно быстром воздействии внешней силы роль химического течения возрастает. Особенно большое значение приобретает химическое течение в случае полимеров, содержащих связи менее прочные, чем обычная связь углерод— углерод. Например, в полисульфидных каучуках, имеющих большое число связей 5—5, процессы химического течения протекают сравнительно легко. Изменение формы образца полимера, содержащего межмолекулярные химические связи, возможно только в результате химического течения, так как вязкое течение в этом случае отсутствует. [c.75]

Дальнейшее повышение температуры в области выше Тс не изменяет вида разрыва вплоть до температуры, при которой становится существенным химическое течение. В линейных полимерах, способных переходить в вязко-текучее состояние, может иметь место и пластический разрыв, т. е. разрыв, которому предшествуют истинно остаточные деформации. [c.112]

В области температур выше температурной области высокоэластического состояния линейные полимеры подвергаются пластическим деформациям. В соответствии с этим различают пластический разрыв высокополимеров. Механизм перехода от высокоэластического разрыва линейных полимеров к пластическому связан с тем, что с повышением температуры предел теку- [c.113]

Считается, что образование трещин серебра является следствием неравномерного распределения напряжений и деформаций в объеме и на поверх ности деформируемого образца. Разрыв химических связей в перенапряжен ных областях и пластическая деформация полимера (течение) в менее на пряженных областях приводят к одновременному возникновению микропор и разделяющих их тяжей из ориентированных микрофибрилл. [c.170]

При очень высоких температурах или весьма низких молекулярных массах ориентация полимерных цепей проявляется слабо. В этих условиях полимер испытывает вязкий разрыв, при котором из-за малого внутреннего трения макромолекулы скользят относительно соседних без разрыва химических связей. При всех других видах разрыва (хрупкий, высокоэластический и в значительной мере пластический) у ориентированных и неориентированных полимеров разрушаются и химические связи. Для пространственно-структурированных полимеров это очевидно, а [c.140]

При рассмотрении влияния ориентации на разрушающее напряжение для волокон различают два случая [233] цепные молекулы волокнообразующего полимера не связаны поперечными связями в единую сетку и цепи образуют трехмерную сетчатую структуру. В первом случае развиваются в основном пластические деформации, и может быть достигнута высокая степень ориентации. В результате этого прочность материала возрастает. При наличии пространственной сетки для достижения высокой степени ориентации необходимы значительные усилия. При этом нагрузка распределяется по цепям неравномерно и тем неравномернее, чем больше степень ориентации, оцениваемая по общему удлинению. Некоторые цепи в результате нагружения рвутся, и на соседние цепи накладывается дополнительная нагрузка. Разрыв наступает раньше, чем большинство цепей будет вытянуто. [c.125]

Область, в которой наблюдается падение нагрузки вследствие перехода через предел текучести, ограничена с одной стороны температурой хрупкости, ниже которой полимер разрушается без заметных деформаций (см. раздел 12.1), и с другой стороны — температурой стеклования. Необходимо рассмотреть, каким образом температура и скорость деформации влияют на условия достижения состояния пластичности внутри указанной области. Возрастание скорости деформации приводит к увеличению предела текучести, существенно не сказываясь на напряжении, при котором происходит хрупкий разрыв материала. Поэтому повышение скорости деформации приводит к смещению температуры хрупкости в сторону более высоких значений и тем самым к сужению снизу области температур, в которой возможны пластические деформации (см. раздел 12.1). Изменение верхней границы области пластического состояния в зависимости от скорости деформаций исследовали Эндрюс с соавторами [38]. Их результаты будут обсуждены ниже. [c.291]

Как было показано в предыдущих главах, механические свойства полимеров в сильной степени зависят от температуры и скорости деформации. Характер зависимости нагрузки от деформации при постоянной скорости растяжения в общем случае изменяется с температурой, как было показано на рис. 2.1. При низких температурах нагрузка растет практически линейно с увеличением удлинения вплоть до момента разрушения, которое в данном случае происходит хрупко. При более высоких температурах достигается предел текучести, и нагрузка снижается перед тем, как произойдет разрыв, иногда при этом образуется шейка это пластическое разрушение, происходящее, однако, при весьма малых деформациях (обычно 10—20%). При еще более высоких температурах и соблюдении некоторых определенных условий происходит упрочнение при деформации и шейка стабилизируется, что обусловливает холодное течение полимера. Удлинения в этом случае обычно велики и достигают 1000%. Наконец, при температурах, превышающих температуру стеклования, наблюдается зависимость нагрузки от удлинения, характерная для каучуков. [c.307]

При механическом разрушении полимеров хрупкий разрыв в чистом виде может проявляться, по-видимому, только при температурах, близких к абсолютному нулю. Тем не менее, в зависимости от структуры и состояния полимерного материала, один из указанных механизмов может быть преобладающим. Обнаружено, что уменьшение температуры и увеличение скорости деформирования способствует хрупкому разрушению и, наоборот, увеличение температуры и уменьшение скорости деформирования способствует преобладанию пластического разрушения у линейных полимеров. [c.117]

Среда сильно влияет и на характер разрушения полимерного образца. Так, например, хрупкое разрушение вырождается в разрыв, сопровождающийся большими пластическими или эластическими деформациями, в результате пластификации и равномерного набухания полимера. При воздействии поверхностноактивных веществ и достаточно сильных растворителей, наоборот, может происходить охрупчивание полимерных образцов. [c.123]

Согласно современным представлениям, все твердые полимерные тела существенно неоднородны на различных уровнях их организации — молекулярном, топологическом, надмолекулярном. Здесь мы будем понимать под неоднородностями структуры такие отклонения в флуктуации плотности или в размерах упорядоченных областей, которые превышают статистические, термодинамические флуктуации при данных условиях. Имеются и другого типа неоднородности структуры, которые мы будем называть технологическими дефектами (пузырьки, поверхностные трещины и т. п.), которые обычно связаны с технологией получения полимерного образца. Действуя на неоднородный материал, поле напряжений становится также неоднородным и создает концентрацию напряжений в окрестности любого дефекта, что в конечном счете приводит к локальным пластическим деформациям и разрывам атомных связей, причем в первую очередь рвутся наиболее напряженные связи. Разрыв связи происходит под действием флуктуаций энергии теплового движения, а действующее механическое напряжение уменьшает потенциальный барьер, который необходимо преодолеть для разъединения атомов [81—85]. Накопление достаточного количества разрывов приводит к образованию субмикроскопических трещин (до нескольких сот ангстрем в направлении растягивающей силы и тысяч ангстрем в направлении, перпендикулярном направлению действующей силы). Длина субмикроскопических трещин обычно совпадает с размерами надмолекулярных образований полимера [95]. [c.218]

Пластический разрыв полимеров внешне сходен с разрывом вязких металлов. Как и у металлов, плa тичe кий разрыв полимеров наблюдается в ограниченной области скоростей деформации или времени действия нагрузок. При малой нагрузке или малой скорости растяжения происходит переход к высокоэластическому разрыву, характерному для резин. Это объясняется тем, что при напряжениях ниже предела текучести сужений не образуется и пластический разрыв переходит в высокоэластичеокий, что как раз и объясняется наличием в каучуках пространственной сетки, образованной временными узлами. Переход через предел текучести связан с преодолением и разрушением этих узлов. [c.121]

Полимер в зависимости от скорости деформации, температуры и напряжения может испытывать упругие, высокоэластичеекие и пластические деформации. Разрыв полимеров в большинстве случаев происходит в ориентированном состоянии, полученном либо предварительно (волокна), либо в процессе испытания (исключение составляет хрупкий разрыв изотропных полимеров). [c.79]

При температурах выше Г л (так обозначается температура, при которой предел текучести становится равным разрушающему напряжению при высокоэластическом разрыве) происходит в основном пластическая деформация, хотя частично развивается и высокоэластическая. В ходе пластической деформации образуется шейка, в которой и происходит разрушение образца. Пластическое и вьшужденноэластическое разрушение линейных полимеров отличаются друг от друга тем, что напряжение, при котором происходит пластический разрыв, обычно на несколько [c.115]

Третий тип разрушения — пластический разрыв по межмоле-кулярным связям происходит в полимерах с относительно корот-кидш молекулами и в полимерных материалах, представляюш,их собой твердые растворы полимергомологов продуктов конденсации (например, низкомолекулярные новолаки). Б качестве выражения для прочности таких веществ предлагается уравнение среды Кельвина — Фохта [c.147]

При температурах выше Г,,, (так обозначается температура, при которой предел текучести равен разрушающему напряжению при высокоэластическом разрыве) происходит в основном пластическая деформация, хотя частично развивается и высокоэластическая. В ходе пластической деформации образуется шейка, в которой и происходит разрушение образца. Пластическое и вынуж-денноэластическое разрушение линейных полимеров имеют много общего по характеру зависимости напряжение—деформация . Однако имеется и существенное различие, заключающееся в том, что напряжение, при котором происходит пластический разрыв, обычно на несколько порядков меньше, чем напряжения, соответствующие вьшужденноэластическому разрыву. Кроме того, при пластическом разушении не происходит удлинения шейки постоянного сечения. Разрыв происходит либо по месту образовавшейся шейки (при ее дальнейшем утончении), либо, чаще всего, образуется несколько последовательных сужений и разрушение происходит по наиболее опасному из них (рис. 91). [c.113]

ПА-6 в спектр кислотных радикалов Бекман и Деври установили, что 50 % всех повреждений происходят в слое толщиной менее 0,6 мкм от поверхности. Оставшиеся 50 % цепных радикалов получены на глубине до 3 мкм от поверхности. С учетом морфологии деградирующих полимеров, механики процесса измельчения и подвижности первичных свободных радикалов можно представить пространственное распределение вторичных радикалов. В данном случае с точки зрения прочности кристалла, по-видимому, маловероятно вытягивание и разрыв отдельных цепей ПА. Как уже рассматривалось в гл. 5, цепь ПА-6, уложенная в кристаллите более чем на 1,7 нм своей длины, будет скорее разрываться, чем вытягиваться из кристаллита. Вытягивание из поверхности разрушения целых микрофибрилл будет происходить с весьма большой вероятностью и сопровождаться разрушением межфибриллярных проходных цепей с образованием повреждений в поверхностном слое на глубине до 1 мкм. Это особенно важно для сильной пластической деформации материала перед растущей поверхностью разрушения. Перемещение свободных радикалов, конечно, вносит свой вклад в углубление слоя со следами повреждения. Тем не менее глубины поврежденного слоя, полученные в подобных экспериментах, действительно совпадают с нижними пределами размеров частиц, получаемых при механическом повреждении материала. Это свидетельствует о том, что повреждения могут вызываться механически вплоть до указанных выше глубин. [c.209]

В случае же частично кристаллических полимеров, которые имеют пластическую и хрупкую ветвь кривой зависимости напряжения от долговечности, действуют два различных механизма, из которых, начало роста трещины при ползучести обладает, по-видимому, меньшей энергией активации (181 кДж/моль) и активационным объемом (1,8 нм) . Тот факт, что в ПЭ редко наблюдаются разрывы цепей даже ири высоких аиряжениях и низких температурах в высокоориентированных образцах, заставляет усомниться в том, что механизм начала роста трещины при ползучести включает разрыв цеией. [c.286]

Проходящей через верщину трещины и через ее боковую сторону, оказывается ненагруженной. Во всяком случае, при увеличении а, сопровождающемся разрывом основных и (или) вторичных связей, требуется энергия В Ааус- Чтобы получить точное соответствие между В Ааус и В AaGi, необходимо, чтобы полная энергия упругой деформации, накопленная в области рабочего объема, была израсходована на разъединение связей, пересекающих площадь В Аа. Для твердых полимеров наименьшим возможным шагом был бы разрыв одной связи, т. е. щаг шириной Аа = 0,4 нм. Активационный объем разрыва связи имеет порядок = 0,008 нм Подобный элемент объема составляет лишь 0,125/п части объема яАа , и его энергия равна 0,015GiAa2. Поэтому следует заметить, что в молекулярном масштабе, даже в отсутствие пластической деформации, для распространения разрушения требуется высвобождение энергии в объеме, который по крайней мере в 60 раз больше активационного объема разрыва основных связей, пересекающих вновь образованную поверхность площадью В Аа. [c.337]

Многочисленные исследования при ВД+ДС были проведены на органических соединениях, особенно на веществах, способных полимернзоваться. Действие ВД+ДС на различные полимеры вызывает разрыв от. дельных С—С-связей в длинных полимерных молекулах, и при этом образуются свободные радикалы. В опытах с полимерами, содержащими двойные связи, происходит поперечное соединение полимерных цепей с образованием сетчатого высокомолекулярного продукта. Такие опыты были проведены, например, с полистиролом и другими полимерами с ненасыщенными связями. Таким образом, при действии ВД+ДС из больших молекул полимера частично образуются радикалы, реагирующие затем с исходными молекулами полимера. Здесь опять видна аналогия с действием ударных волн на подобные полимеры (см. раздел 22), поскольку в обоих случаях возникают пластические деформации в веществе. Если же подвергать ВД+ДС полимеры без двойных связей между углеродными атомами, то вместо образования полимеров пространственного строения имеет место получение высокомолекулярных соединений с менее крупными молекулами, что свидетельствует о деструкции исходного полимера. [c.223]

Если каждая макромолекула П. состоит из 50—70 молекул этилена, связанных в одну цепочку, то полимер представляет собой жидкость, которую используют как смазочное масло если макромолекула состоит из 100—120 молекул этилена, то полимер представляет собой твердое белое вещество при связывании тысячи и более молекул этилена получается твердая полупрозрачная, эластичная и прочная пластическая масса с плотностью 0,92, называемая полиэтиленом (или поли-теном). П. морозостоек, проявляет пластичность при нагревании, обладает хорошим сопротивлением на разрыв. П. горит голубоватым, слабо светящимся пламенем, стоек при обычных условиях к действию щелочей, кислот и окислителей. Используют как электроизоляционный материал, для производства водопроводных труб, предметов домашнего обихода, посуды для хранения и перевозки щелочей и концентрированных кислот, как упаковочный материал для продуктов питания. Полиэфиры — высокомолекулярные соединения, получаемые поликонденсацией многоосновных кислот или их альдегидов с многоатомными спиртами. Известны природные (янтарь и др.) и искусственные П. Практическое применение получили глифталевые смолы, полиэтилентерефталат, полиэфирмалеинаты и полиэфирак-рилаты. [c.106]

Кривые растяжения линейных полимеров при низких и высоких температурах в области высокой эластичности принципиально различаются. Выше некоторо11 температуры (температуры пластичности) полимер представляет собой пластичный материал с характерной диаграммой растяжения (р 1с. 37). До точки Л полимер испытывает практически только высоко-эластическую деформацию. Напряжение с , соответствуюш,ее точке А, есть предел текуче- сти. При напряжениях, превышающих о , одновременно с вы-сокоэластической развивается пластическая деформация. Равномерное развитие остаточной деформации вдоль образца и по его сечению происходит до тех пор, пока не образуется сужение (точка 5). После этого напряжение возрастает, главным образом в сужении. Затем наступает разрыв (точка С). Разрушение на определенной стадии развития сужения наступает потому, что течение в сужении не может развиваться неограниченно, так как ориентация молекул приводит к резкому возрастанию вязкости материала в сужении. [c.75]

Изложенные выше экснерпментальные данные о прочности аморфных линейных полимеров позволяют дать обш,ую картину этих свойств в большом диапазоне температур. Общая схема прочностных состояний аморфных полимеров (рис. 42) сложнее, чем схема Иоффе для простых твердых тел (см. стр. 10). У аморфных полимеров хрупкая и пластическая области разделены двумя новыми областями вынужденноэластическоп в интервале от до Тс и областью, где наблюдается высокоэластический разрыв, [c.78]

В области температур выше температурной области высокоэластического состояния линейные полимеры подвергаются пластическим деформациям. В соответствии с этим различают пласти--чееюш разрыв высикииилимеров. Переход от высокоэластичестого [c.115]

В этой главе рассмотрены механизмы разрушения и теория прочности твердых полимеров — некристаллических (полимерные стекла) и кристаллических (пластмассы, волокна и пленки). В хрупком и квазихрупком состояниях при разрушении ведущим процессом является термофлуктуационный разрыв химических связей, а в пластическом (вынужденном высокоэлас- [c.189]

Для оценки ж есткости пластмасс или, более правильно, для оценки их способности сопротивляться удару применяют такие испытания, как метод измерения ударной прочности (удельной ударной вязкости) по Изоду, метод падающего груза или высокоскоростное растял е] ие. Все эти методы представляют собой испытания на разрыв образца, причем единственным измеряемым показателе.м является величина энергии, необходимой для разрушения полимера. Недавно разработаны методы одноосного высокоскоростного растяжения, когда в процессе эксперимента удается зафиксировать зависимость напряжения от деформации, начиная от начальных стадий растяжения и вплоть до разрыва образца. Такие измерения очень важны при проектировании изделий, поскольку при эксплуатации изделий многие показатели, например предел текучести, предел прочности, упругая энергия, запасаемая до начала пластических деформаций, играют не меньшую, а возможно и большую роль, чем энергия раз- [c.379]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология