Акустическая эмиссия при деформации полимеров

Возможность наблюдения акустической эмиссии из полимеров при образовании в них микротрещин ( крейзов ) во многом зависит от характера развития пластических деформаций. Микротрещины в пластичном материале развиваются так плавно и сопровождаются настолько медленной пластической деформацией у вершины растущей трещины, что акустический сигнал оказывается недостаточно сильным, чтобы его можно было с уверенностью отделить от высокого уровня шумов. Только в очень хрупких материалах скачкообразное развитие микротрещин приводит к возникновению достаточно сильных акустических эффектов, которые легко можно обнаружить. Последнее характерно для таких материалов, как поливинилтолуол, который разрушается при деформациях меньше 1 %, низкомолекулярный полистирол и полиметилметакрилат, подвергнутый длительному старению. Применение этого метода для исследования композиционных материалов будет более эффективным, если компоненты материала сильно различаются по своим механическим свойствам. [c.21]

Акустическая эмиссия при деформации полимеров [c.22]

Одной из причин того, почему при деформации однородных полимерных стекол не удается легко зарегистрировать акустические эффекты, является высокая пластичность материала у вершины растущей трещины даже при температурах, намного меньших температуры стеклования. Она во много раз превосходит пластичность основной массы материала. Пластичность материала у вершины растущей трещины оказывается настолько большой, что резкого развития деформации, необходимого для возбуждения сильной акустической эмиссии, не происходит. Этот вывод подтверждается тем хорошо известным фактом, что при деформации полимеров даже при температурах на 100 — 200 °С ниже температуры стеклования впереди хрупкой трещины в результате локальной пластической деформации образуется хорошо сформированный слой [10]. Образец в целом является хрупким в том смысле, что точка на деформационной кривой в момент разрушения соответствует малым деформациям. Однако в микроскопических областях, окружающих вершины растущих трещин, пластичность материала оказывается достаточно высокой, чтобы образовывался слой, в котором деформации вовсе не малы. [c.26]

Удобными объектами для изучения акустических эффектов являются композиционные материалы. Очень хрупкий полимер — поливинилтолуол, при деформации которого удалось обнаружить акустическую эмиссию [6], в действительности также был композиционным материалом, поскольку опыты проводили с образцом, используемым в сцинтилляционных счетчиках ядерного излучения. Кристаллические частицы неорганического наполнителя, введенные в полимерную матрицу, по своей упругости существенно отличаются от частиц полимера, так что на поверхности раздела двух компонентов происходит значительное возрастание напряжений. У вершины абсолютно твердой сферической частицы напряжения вдвое больше, а у экватора этой частицы они больше на одну треть напряжений в массе матрицы. Такое увеличение напряжения у полюса твердой частицы вызывает нарушение адгезионного контакта наполнителя с матрицей и тем самым способствует образованию микротрещины. В результате это приводит к разрушению образца при очень низком уровне деформаций (порядка [c.27]

Звуковые эффекты при деформации полимеров впервые были обнаружены Сойером и Сяо [5] при исследовании образования трещин в полистироле. Они утверждали, что обычно резкие звуки бывают слышны вскоре после приложения- агрузки, достаточной для внезапного образования микротрещин, и они связаны с релаксацией, обусловленной уносом части энергии деформирования со звуковой волной . Более детального исследования этого явления они не провод5 ли. Впервые использовали метод измерения акустической эмиссии при деформации полимеров Грабец и Петерлин [6], которые сопоставили этот эффект с величиной деформации, образованием микротрещин и механической предысторией образца. Они использовали очень хрупкий стеклообразный полимер — поливинилтолуол, который при комнатной температуре разрушается при деформации порядка 0,45 %, т. е. строго в пределах линейной части деформационной кривой. [c.22]

Из описанных экспериментальных данных следует, что возможность наблюдения акустической эмиссии при деформации полимеров во многом зависит от пластичности материала. Микротрещины в высокопластичном материале развиваются настолько постепенно (путем медленного увеличения деформаций у вершины трещины), что акустические эффекты оказываются незначительными и их нельзя однозначно выделить из-за высокого уровня шумов. Только в очень хрупких материалах, где происходит скачкообразный рост трещин, возникают достаточно сильные акустические вспьппки, которые можно легко зарегистрировать. Такими материалами являются поливинилтолуол, разрушающийся при деформациях, меньших 1 %, низкомолекулярный полистирол, а также полиметилметакрилат, подвергнутый длительному старению. При испытаниях свежего полиметилметакрилата акустические эффекты не обнаруживаются, поскольку трещины растут постепенно и строго перпендикулярно направлению действия напряжения. В материале, подвергнутом старению, образуются сильно поврежденные участки, в которых инициируется образование микротрещин. Рост трещин происходит путем резкого перескока от одной трещины к другой. [c.24]

Деформационная кривая при повторном нагружении проходит ниже, чем при первичном нагружении, пока не достигается максимальная степень растяжения, имевшая место в предшествующем цикле нагружения. После этого новая деформационная кривая оказывается естественным продолжением первичной зависимости нагрузка — деформация. Это согласуется с общим объяснением эффекта Кайзера в полимерах, поэтому можно считать, что в начальной стадии повторного погружения осуществляется лишь раскрытие ранее образовавшихся микротрещин, а новые дефекты не появляются. Конечно, вторичное раскрытие ранее сформировавшихся трещин представляет собой гораздо менее интенсивный процесс, чем образование новых микротрешин. Поэтому этот процесс не требует столь же высоких напряжений и не приводит соответственно к заметной акустической эмиссии. [c.28]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология