Прочностные свойства полимеров и полимерных материалов

Для решения, проблемы регулирования характеристик прочности полимеров очень важно определить тип связей, противодействующих разрушению, и выяснить зависимость типа этих связей от условий эксплуатации. Другими словами, необходимо выяснить возможность реализации различных механизмов разрушения, отличающихся друг от друга энергией рвущихся связей. Знание механизмов разрушения будет способствовать также более эффективному использованию данного полимерного материала с учетом тех условий эксплуатации, при которых наиболее эффективно реализуются прочностные свойства полимеров. [c.234]

Что же касается прочностных свойств полимеров, то в настоящее время прочность определяется не каким-либо числом прочности (например, пределом прочности), а долговечностью полимерного материала, зависящей от напряжения и температуры. Время жизни (долговечность) полимерного материала описывается известным уравнением Журкова [уравнение (39)], и чтобы определить параметры этого уравнения, обычно проводят серию испытаний материалов в изотермических условиях при постоянном напряжении. Поскольку в условиях термомеханического исследования в одном опыте охвачен широкий температурный интервал, как будет показано ниже, параметры уравнения Журкова можно сравнительно быстро определить, исходя из термомеханической кривой. [c.97]

Такой характер разрушения наблюдается для полимеров хрупких в стандартных условиях испытаний. Сама по себе хрупкость может быть следствием либо молекулярной структуры полимера (густосетчатые), либо определена физическим состоянием полимерного материала при температуре испытания. Подробнее вопрос влияния температуры на деформационно-прочностные свойства пластмасс будет рассмотрен ниже. [c.89]

При соединении двух различных субстратов адгезив должен быть дифильным, т. е. иметь сродство к обоим субстратам. Поэтому дифильные адгезивы должны содержать различные по полярности и реакционной способности группы. Например, повышение влагостойкости двуслойного материала на основе целлофана и полиэтилена достигается с помощью меламиноформальдегидной смолы, способной к взаимодействию как с гидроксильными группами целлюлозы, так и с кислородсодержащими группами окисленной поверхности полиэтилена [110]. Для создания прочного резинотканевого каркаса шины также применяются дифильные адгезивы (пропиточные составы) они имеют высокую адгезию и к полярным полимерам волокон и к слабополярным эластомерам, входящим в состав резиновой смеси. Необходимость соединять два материала с резко различными свойствами возникает при производстве стеклопластиков. И в этом случае применяют дифильные соединения, являющиеся, по существу, адгезивами аппретуры. Наиболее высокие показатели прочностных свойств имеют стеклопластики, в которых в качестве аппретов применяют соединения, способные химически взаимодействовать как с поверхностью стекла, так и с функциональными группами полимерных связующих. Ориентированный монослой стеариновой кислоты, повышающий адгезию неполярного полимера (полиэтилена) к металлу, — также своеобразный дифильный адгезив. При креплении резин к металлам применяют клеи, обладающие высокой адгезией к обоим [c.365]

Исходя из этих представлений, можно полагать, что зарождение и формирование полимерного слоя на поверхности твердых частиц наполнителя и, более того, наличие химической связи между наполнителем и полимерной матрицей способствует улучшению прочностных свойств композиционных материалов. Именно химическая связь на границе раздела фаз наполнитель — полимер принимает на себя нагрузку при разрушении материала [449]. При наличии химической связи на границе раздела существенно снижается скорость расслоения, повышается прочность и увеличивается долговечность изделий. [c.255]

Результаты проведенных исследований подтверждают важное значение надмолекулярных структур и показывают, что они в известной степени определяют физико-механические свойства полимерных материалов. Разрушению этих образований сопутствует резкое ухудшение прочностных характеристик полимеров В свою очередь, устойчивость этих структур при действии излучения высокой энергии зависит от совершенства их строения, упорядоченности и других факторов.Большое влияние на механические свойства материалов оказывают также дефекты, образующиеся в процессе облучения трещины, поры и т. п. Размеры, количество и форма этих дефектов различны и зависят от величины поглощенной дозы, структуры. материала, степени его вытяжки. [c.361]

Суммарная энергия, необходимая для разрушения хрупкого пластика, такого как полистирол, при испытаниях на разрыв в неударном режиме нагружения также сушественно возрастает при комбинировании полимеров [26, 84, 141, 142, 148, 149, 440, 664]. При изучении деформационно-прочностных свойств обнаруживается, что, как показано на рис. 3.18, содержащий каучук материал не только течет, но вплоть до полного разрушения способен и к высоким обратимым деформациям. Площадь под кривой, очевидно, является мерой энергии, необходимой для разрушения материала, и позволяет связать способность к холодной вытяжке с прочностью полимерных смесей [84]. Хотя прочность смеси полимеров ниже прочности сополимера, работа, необходимая для разрыва образца смеси, значительно больше. Об аналогичном возрастании прочности свидетельствуют также полученные для таких материалов значения кажущейся энергии разрыва у согласно данным [128], при включении в полиметилметакрилат фазы каучука V возрастает в 100 раз. (Связь между текучестью и ударными свойствами см. в разд. З.2.2.1.) [c.93]

Таким образом, влияние исходной морфологии и кристалличности на прочностные свойства проявляется только в условиях, когда структура материала при его деформировании перед разрушением не изменяется. Сравнивать прочностные свойства полимерных материалов, работающих в условиях малых деформаций, возможно лишь нри условии, что разрушение осуществляется при тех же деформациях. Поэтому определение прочности образцов полимеров в лабораторных условиях обычными стандартизованными методами (при больших деформациях) не дает правильного представления о поведении этих же полимеров в условиях эксплуатации. Для выбора материалов с оптимальными прочностными свойствами в условиях эксплуатации необходимо применять специальные методы, позволяющие производить разрушение при малых деформациях. Этому условию отвечают, в частности, методы, описанные выше (см. стр. 203) . [c.207]

В электро- и радиотехнической промышленности полимерные пленочные материалы находят применение в качестве электроизоляционного материала в проводах и кабелях, для пазовой и межслойной изоляции электрических машин и катушек аппаратов, в качестве диэлектриков в конденсаторах и для других аналогичных целей. Эти материалы должны, в первую очередь, иметь хорошие электроизоляционные и прочностные свойства в широком диапазоне температур и в условиях воздействия различных факторов, вызывающих старение полимеров. Далее, электроизоляционные материалы должны обладать стойкостью к термической и термоокислительной деструкции, сохранять эластичность после нагревания, быть стойкими к тепловому удару, обладать химической, радиационной, морозо- и дугостойкостью, высокой ударной вязкостью, вибростойкостью, высоким сопротивлением растрескиванию, сопротивлением надрыву, эластичностью. [c.32]

Влияние диффузии жидкостей и паров, являющихся внешней средой при эксплуатации многих деталей из полимеров и материалов на их основе, рассмотрим на двух примерах чистого полимера — капрона и полимерного материала — древеснослоистого пластика (ДСП). Образец капрона после выдерживания в воде до содержания влаги 10—12% теряет около 25% начальной прочности при растяжении и изгибе. Деформационные и прочностные свойства образца ДСП, высушенного до влажности 3% и выдержанного затем в воде до влажности 13%, изменялись следующим образом [c.24]

Следовательно, кривая растяжения без указания температуры эксплуатации детали или конструкции и скоростей приложения внешней силы (или скорости деформирования) не может являться достаточной расчетной характеристикой прочностных и деформационных свойств полимеров и материалов па их основе. По кривой в координатах напряжение — деформация (кривая растяжения, в частности), полученной при максимальных и минимальных рабочих температурах и действительных скоростях приложения внешней силы (или скоростей деформирования), можно ответить только приблизительно на следующий вопрос является ли прп заданных условиях эксплуатации данный полимерный материал пригодным для конструкционных целей Если ответ будет положительным, потребуется собственно расчет на прочность. [c.92]

Ввод модификаторов, в частности, полимерных материалов (например, стирол-бутадиен-стирольных полимеров), инициирует образование более сложной коллоидной структуры битума, в которой СБС сильно гомогенизирован. В результате этого изменяются такие реологические характеристики битума, как температурная чувствительность, адгезионные свойства, эластичные и прочностные характеристики, снижается деформация при нагрузках такие битумы склонны к восстановлению эластичности. Одно из существенных качеств модифицированных битумов — их стабильность при хранении и эксплуатации, т.е. способность сохранять свои свойства во времени. Введенный в битум полимер-модификатор абсорбирует низкомолекулярные фракции битума, уменьшая тем самым его испаряемость и увеличивая прочность материала. Для определения типа и количества вводимого полимера необходима тщательная исследовательская и проектная проработка с учетом технических требований на дорожное покрытие, напряженности движения транспорта, а также климатических условий. [c.362]

Как уже говорилось, СП в общем случае представляют собой трехкомпонентные системы. Так, синтактный материал, в который введено 60% (об.) стеклянных микросфер со средней плотностью 300 кг/м , состоит из 40% (об.) полимерной фазы, 53% воздуха и 7% стекла [147]. Уменьшение содержания полимерной фазы на 60% не приводит к эквивалентному снижению прочности синтактного материала, как это наблюдается в случае монолитного полимера, — прочность снижается только на 55% благодаря упрочняющему влиянию микросфер [226]. Более того, чем ниже прочность и модуль исходного связующего, тем сильнее этот упрочняющий эффект. Так, в работе [226], в которой исследованы два типа связующих — эпоксидный олигомер и парафин, резко различающиеся по показателям прочностных и упругих свойств, показано, что введение одинакового количества стеклянных микросфер приводит в первом случае к снижению, а во втором — к увеличению абсолютных значений этих показателей по сравнению с монолитными материалами. Разумеется, удельная прочность этих синтактных материалов выше прочности монолитных пластиков на тех же связующих, но возрастание удельной прочности (в процентном отношении) гораздо значительнее при использовании парафина. Причина этого явления не выяснена, однако очевидно, что подобные упрочняющие эффекты разыгрываются в слоях связующего, близко примыкающих к оболочке наполнителя и связаны, скорее всего, с изменениями плотности и регулярности надмолекулярной структуры полимера. [c.186]

Как уже отмечалось, определенное внимание в первых радиационнохимических исследованиях было уделено вопросам использования радиационных воздействий для направленного изменения свойств полимерных веществ. Еще в 1949 г. В. А. Каргин и В. Л. Карпов предложили использовать ионизирующие излучения для вулканизации полиэтилена — предельного углеводородного полимера, вулканизация которого другими способами не могла быть осуществлена. В результате была значительно повышена его теплостойкость [194]. Были исследованы основные закономерности радиационной вулканизации полиэтилена (1949—1950 гг. [195]) и, в частности, установлено, что число образующихся поперечных связей пропорционально дозе, а скорость процесса — мощности дозы при некоторых средних дозах наблюдалось повышение прочностных характеристик материала, измеренных при обычной температуре. Рентгенографическое исследование показало, что радиационная вулканизация полиэтилена приводит к его аморфизации (1953 г. [196]). Исследовались также и некоторые-закономерности радиационной вулканизации каучуков под действием рентгеновского излучения и быстрых электронов. Обнаружено, что скорость этого процесса возрастает в ряду каучуков, СКС-НК-СКН-СКБ (1950 г.). [c.366]

Обобщая сказанное, еще раз следует подчеркнуть, что выявление границ внедрения полимерных материалов требует многообразной качественной информации, особенно при определении зависимости прочностных и деформационных свойств от времени. Кроме того, решены еще не все проблемы, связанные со старением полимерных материалов. До сих пор конструкторы вынуждены принимать запас прочности иногда, может быть, слишком высокий. Трудность прогнозирования эксплуатационных возможностей выражается, среди других, в вопросе о том, каких изменений свойств следует ожидать через 20 или 50 лет. Здесь, например, следует принимать во внимание возникновение дефектов в микроструктуре материала. Однако закономерности их возникновения и распространения еще широко не исследованы. В каком объеме они могут быть допустимы, и при каком напряжении начинается разрушение Получив ответ на эти вопросы, можно было бы точнее сказать о границах и критериях широкого внедрения полимеров. [c.91]

Воздействие сред, в частности воды, на полимеры может приводить как к снижению, так и к повышению прочностных характеристик этих материалов. Проявление того или иного эффекта определяется физико-химическими свойствами среды и полимера, величиной и характером нагрузки, температурой и давлением среды, а также соотношением кинетики разрушения и диффузии среды. В настоящее время намечаются следующие направления исследований прочностных характеристик и процесса разрушения полимерных материалов при воздействии жидких сред [1] 1) изучение влияния поверхностных явлений, возникающих при взаимодействии среды с твердым телом 2) процессы переноса среды в объем материала и изменения при этом молекулярного взаимодействия в системе полимер — среда. [c.274]

Интенсивность перемешивания сыпучих материалов увеличивается при дополнительной продувке слоя газом (для порошка поликапроамида размером 0,1—0,15 мкм в два раза), однако равномерное перемешивание можно получить только при оптимальном сочетании вибрационного воздействия и скорости газового потока. Например, с увеличением скорости газа выше- оптимальной перемешивание порошков полимеров ухудшается и происходят фонтанирующие выбросы и унос материала. Изменением расхода воздуха, подаваемого под слой, можно в широких пределах регулировать структуру слоя в зависимости от особенностей технологического процесса. Так, при нанесении полимерных покрытий в зависимости от требований к прочностным, деформационным и другим свойствам пленки, а также размера и формы деталей, путем регулирования скорости газового потока создают слой большой пористости. [c.160]

Авторы отводят главную роль фактору времени, корректируя понятие предела прочности. В старом понимании этот термин означал усилие разрыва, а продолжительность действия напряжения до разрушения не принималась во внимание. В действительности это понятие подразумевает долговечность образца при данной нагрузке, а не его предел прочности. Полученное отнощение позволило сделать вывод о том, что разрыв является активационным процессом, скорость которого определяется тепловыми флуктуациями, зависящими от значений КТ. Для разрушения связей, определяющих прочность полимера, необходимо, чтобы скомпенсировался энергетический барьер 1о, величина которого зависит от природы химических связей. Установлено также, что энергетический барьер цо под действием растяжения уменьшается на значение ау. Итак, чем больше нагрузка на материал, тем меньше энергетический барьер, препятствующий процессу разрыва. Уравнение позволяет глубже выяснить механизм деструкции путем установления зависимости, существующей между энергетическим барьером хо и структурными элементами (межмолекулярными силами и химическими связями), которые обусловливают прочностные свойства исследуемого полимера. Определив энергетический барьер (Хо, авторы пришли к выводу, что значения цо по порядку величины совпадают с величиной энергии химических связей (45 ккал моль). Таким образом, разрушение полимерных волокон под действием растяжения, согласно проведенным исследованиям, развивается во времени, зависит от интенсивности нагрузки и возникает в результате разрыва химических связей. Межмолекулярные связи [c.27]

Рассмотрим основные особенности фибриллярной структуры полимера, полученной в процессе холодной вытяжки. Структура такого рода представляет собой плотноупакованный агрегат фибриллярных элементов диаметром от нескольких единиц до десятков нанометров. Несмотря на их плотную упаковку, фибриллярные элементы имеют четко выраженные межфазные границы раздела, которые хорошо регистрируются электронно-микроскопически [46, 47] и с помощью рентгеноструктурного анализа [48]. Механические свойства ориентированного полимера во многом обусловлены существованием реальных физических границ раздела между фибриллами. По мнению Петер-лина, главное сопротивление деформации оказывают квазивяз-кие силы трения на высокоразвитых поверхностях сдвигающихся друг относительно друга фибрилл [49]. Не менее сильное влияние фибриллярная морфология оказывает и на прочностные свойства аморфных и кристаллических полимеров [50, 51]. В работе [46] обобщен обширный экспериментальный материал по изучению фибриллярной морфологии большого числа волокон на основе природных и синтетических полимеров, и показано, что практически любые ориентированные полимерные системы имеют фибриллярную структуру. Диаметр отдельных фибрилл в такой структуре изменяется от нескольких нанометров до десятков нанометров. [c.12]

Учитывая неоднородность полимерных материалов, а также сосуществование надмолекулярных образований различного уровня следует принимать во внимание влияние неоднородности на статистический характер прочности индивидуальныхнолимеров. Проблема значительно усложняется при переходе от индивидуа.льных полимеров к многокомпонентным системам. Возникает естественный вопрос не будет ли увеличение структурной неоднородности системы сопровождаться увеличением дисперсии характеристик прочности и ухудшением вследствие этого прочностных свойств полимерного материала. [c.210]

Эластомеры могут подвергаться воздействию высокого гидростатического давления в процессе их переработки и эксплуатации (например, при уплотнении газовых и жидких сред). Подробно влияние давления на свойства полимеров рассмотрено в работе [458], в которой, однако, основной материал относится к жестким полимерам. Автор обращает внимание на характерную особенность полимерных материалов — относительно низкие значения модуля объемного сжатия и модуля упругости при рдстяжении, вследствие чего внешнее давление существенно влияет на изменение расстояния между структурными элементами, на взаимодействие между ними и, следовательно, на все физико-механические свойства полимеров. Таким образом, очевидно, что увеличение гидростатического давления должно приводить к возрастанию модуля упругости, улучшению прочностных свойств и к замедлению релаксационных процессов в полимерах. Наряду с физическими процессами, происходящими при действии высокого давления, в эластомерах развиваются и химические процессы. При небольших давлениях (до 1 кбара) протекают процессы с участием активных компонентов окружающей среды (кислород воздуха), при больших давлениях (свыше 3—5 кбар) в инертной среде могут протекать реакции в самих макромолекулах и между ними. [c.227]

Весьма интересно, что, согласно данным Хардинга [66], при изменении структуры вытянутости ячеек в 4 раза (от Va до h) прочность при сжатии пенополиуретана и пенополистирола в одном случае и пенополиуретана и пенофенопласта — в другом оказывается одинакова, несмотря на то, что объемные веса этих материалов различаются (рис. 3.11). На основании этих данных можно предполагать, что анизотропия макроструктуры пенопластов может в некоторых случаях оказывать большее влияние на их прочностные свойства, чем химическая природа полимера, объемный вес и степень замкнутости ячеек. Вероятно, одинаковая прочность ячеек, столь разных по своей химической и физической природе, связана с различиями в распределении полимерного материала в ребрах и стенках ГСЭ. Поскольку прочность пенополимеров при сжатии определяется в основном жесткостью ребер ГСЭ, можно полагать, что ребра ГСЭ в пенополистироле и в пенополиуретане тоньше, а стенки — толще, чем в пенофенопласте. [c.190]

Обработка полиолефинов этим способом отличается от других прежде всего своим назначением, поскольку основная цель облучения в данном случае не активирование поверхности, а улучшение термических и прочностных свойств изделия путем глубокого изменения структуры полимеров. Активирование поверхности — побочный эффект данного процесса. В результате облучения во всей толще материала в полимерных цепях возникают свободные радикалы, двойные связи, сшивание которых приводит к образованию сетчатой структуры и тем самым к упрочнению изделия. Последуюшая термообработка ускоряет процесс сшивания в толще материала и способствует окислению радикалов на поверхности изделия при их соприкосновении с кислородом окружающей среды. Кроме того, при облучении и последующей термической обработке увеличивается доля аморфной фазы в полимере, что наряду с активированием поверхности создает предпосылки для усиления адгезионно-когезионных взаимодействий в системе субстрат — адгезив. [c.12]

На характер миграции значительное влияние оказывают физико-механическпе свойства полимерного материала. Нами было обнаружено, что, несмотря на сравнительно большое содержание остаточного мономера в полистироле марки СНП-2, именно этот полимер оказался наиболее устойчивым к действию воды, и из пего стирол мигрировал в воду в значительно меньших количествах, чем из полистирола других марок. Этот факт, вероятно, объясняется лучшей прочностной характеристикой сополимера СНП-2, а также более высокой стойкостью его к старению. [c.323]

Влияние этого рода надмолекулярных структур на свойства полимерного материала очень мало изучено, что, по-видимому, объясняется тем, что мы не располагаем надежными средствами, позволяющими регулировать их образование и распад. Особенно интересен вопрос о влиянии подобных образований на прочностные и деформациоппые свойства изделий из полимеров. [c.257]