Влияние скорости деформации на прочность полимеров

Влияние скорости деформации на прочностные свойства полимера связано с тем, что При одной и той же степени вытяжки накопленные высокоэластические деформации зависят от скорости растяжения. При каждой заданной скорости растяжения (после завершения развития высокоэластической деформации и выхода на режим установившегося течения) дальнейшее натекание необратимой деформации не оказывает влияния на прочность застеклованных образцов. Это соответствует представлению о том, что собственно вязкое течение в стационарных условиях не может изменить состояние и структуру полимера, которая в рассматриваемом случае однозначно определяется накопленной высокоэластической деформацией. Но с возрастанием скорости деформации прочность, отвечающая состоянию материала в режиме установившегося течения, увеличивается, ибо этому отвечает возрастание равновесного значения высокоэластической деформации. [c.425]

Влияние скорости деформации на прочность полимеров. Прочность полимеров кроме их природы, структуры, физического состояния зависит от скорости воздействия напряжения. [c.236]

Рассмотрим влияние различных факторов на деформационные свойства эластомеров. Важную роль играет скорость механического воздействия. В связи с этим подробно изучено влияние скорости деформации на характер диаграмм растяжения и прочностные свойства резин. Как обычно, увеличение скорости растяжения приводит к возрастанию предела прочности, и это особенно заметно проявляется при температурах, близких к температуре стеклования. Что касается предельной деформации, то с увеличением скорости растяжения вулканизатов она изменяется сложным образом. Как и для твердых полимеров, предельная деформация может расти или убывать [c.202]

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ ПОЛИМЕРОВ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ [c.257]

В той области изменения таких параметров, как температура, скорость деформации, полярность полимера, в которой эти параметры существенно влияют на дополнительную ориентацию материала в месте распространения разрыва, их влияние на закономерности прочности оказывается решаю-щим . [c.104]

С увеличением скорости деформации прочность полимерных веществ, как правило, возрастает. Это объясняется, по-видимому, тем, что разрушению способствуют флуктуации тепловой энергии, приводящие к нарушению связей, препятствующих разделению образца на части. Такое нарушение связей облегчает разрушение в тем большей мере, чем длительнее действие нагрузки и, следовательно, чем меньше скорость ее приложения. Однако если в условиях испытания возможно увеличение степени ориентации или кристаллизация полимера под действием нагрузки, то влияние скорости деформации может иметь более сложный характер. Когда с увеличением скорости деформации уменьшается степень дополнительной ориентации полимерного материала в месте распространения разрыва, одновременно уменьшается и прочность. Поэтому характеристики прочности, получаемые на стандартных динамометрах, не могут служить для оценки полимерных материалов, работающих в условиях больших скоростей нагружения, реализуемых современной техникой. Часто даже испытание на удар. [c.157]

Влияние скорости деформации на прочность полимеров [c.249]

Влияние температуры на разрушающее напряжение полимеров хорошо изучено [4 9, с. 474 13, 233 364, с. 318 368, с. 144]. Технологов в большинстве случаев интересует влияние температуры на разрушающее напряжение и максимальное относительное удлинение, определяемые при сравнительно малых скоростях деформации. В качестве примера, иллюстрирующего влияние температуры на прочность типичного некристаллизующегося эластомера, рассмотрим поведение вулканизата бутадиен-стирольного каучука в широком интервале температур при обычно используемых скоростях деформации. [c.152]

Широкое применение полимерных материалов в различных отраслях техники потребовало и соответствующего набора методик их испытания и исследования. Поэтому влияние температуры на характеристики прочности полимеров исследовалось не только при постоянном деформирующем напряжении, но и при постоянной скорости растяжения, а также при разрушении ударом падающего маятника или копра [368, с. 565 447, с. 24, 448, с. 24]. При деформации с постоянной скоростью с повышением температуры изменяется вид изотерм деформации. Для высоких температур характерны большие значения деформации при малых значениях —напряжений. Работа деформации с понижением-температуры сна— чала увеличивается, а затем уменьшается. [c.155]

Хрупкость наполненных полимеров проявляется при измерении некоторых характеристик, таких, например, как ударная прочность [635]. Другие исследования подтверждают неблагоприятное влияние нанолнителя на податливость. Например, при изучении наполненных эпоксидных смол [636, 637] найдено, что как при сжатии, так и при растяжении, наполнение приводит к повышению температуры перехода из хрупкого в нехрупкое состояние при данной скорости деформации. Другими словами, наполненный материал хрупок при более высоких температурах и более низких скоростях деформации, чем ненаполненный. Влияние наполнителя на переход из податливого состояния в высокоэластическое, с другой стороны, значительно меньше. [c.331]

При растяжении полимеров, когда Р > Ркрит характерными параметрами являются предельные — наивысшие значения напряжений (пределы прочности) и обратимых деформаций, а также времена с момента начала деформирования до разрыва (долговечность) образцов, т. е. разрывные характеристики. С повышением скорости деформаций пределы прочности и разрывные деформации возрастают, а долговечность быстро снижается. В зависимости от задаваемых скоростей деформаций или напряжений пределы прочности составляют от десятых долей до 5—10 МПа, предельные деформации могут достигать нескольких сотен процентов, долговечность изменяется от многих часов до малых долей секунды. Связь между пределом прочности и долговечностью (временем до разрыва) определяется степенным уравнением (7.12), т. е. так же, как и для структурированных полимеров (резин). Влияние температуры на разрывные характеристики определяется ее влиянием на начальную вязкость. Это однозначно свидетельствует о том, что в вынужденном высокоэластическом состоянии прочностные свойства и процесс разрыва полимеров определяются их релаксационными характеристиками. В отличие от того, что известно для кристаллических и стеклообразных полимеров в вынужденном высокоэластическом состоянии процессы разрыва макроцепей, образования свободных радикалов и соответственное снижение молекулярной массы имеют пренебрежимо малое значение. [c.236]

Влияние скорости приложения нагрузки на прочность полимеров. Величина нелинейных деформаций, которые успевают развиться при одном и том же напряжении, зависит от скорости деформирования. Роль неупругих деформаций с уменьшением скорости возрастает, а с увеличением скорости — уменьшается. Вследствие этого,например, кривая растяжения полимера в зависимости от скорости испытания может меняться так, как это показано на рис. 61. Из рис. 61 ясно, что с увеличением скорости испытания материал становится более жестким , т. е. более хрупким. [c.136]

Влияние давления на прочность и долговечность резин при больших деформациях, т. е. в сильно ориентированном или закристаллизованном состоянии, должно быть меньше, так как ориентация подобно высокому давлению приводит к уменьшению подвижности молекул полимера. При этом замедляется процесс разрастания дефектов как по чисто механическим причинам, так и вследствие влияния давления на скорость химических реакций, сопровождающих процесс разрушения, особен- [c.233]

Несмотря на различие механизмов износа, очевидно, что во всех случаях он протекает при наличии сложнонапряженного состояния и при больших скоростях деформаций, т. е. в условиях, весьма далеких от условий определения прочности резин при растяжении, далеких и по основному параметру, определяющему прочность полимеров в высокоэластическом состоянии, — степени развития ориентации перед разрушением. Таким образом, можно ожидать, что вклад прочности в сопротивляемость резины износу должен быть меньше, чем это следует из данных по прочности при растяжении. Учитывая, что активные наполнители являются мощным средством воздействия на прочность резин, попытаемся оценить их влияние на сопротивление износу через этот параметр. Очевидно, для этого следовало бы исключить или оценить вклад влияния наполнителя на износ через его воздействие на модуль упругости, коэффициент трения, а также на химическую сторону процесса, существенную для усталостного износа и износа посредством скатывания. [c.208]

Относительно влияния состава резины на абразивный износ данных очень мало. Большое значение имеет тип полимера наличие полимеров, обеспечивающих более высокую прочность и удлинение, приводит и к повышению износостойкости. Исключения из этого правила легко объяснимы. Так, высокая прочность кристаллизующихся при растяжении резин из натурального каучука не коррелирует с повышенной их истираемостью. Это объясняется тем, что при большой скорости деформаций в зоне контакта при истирании в НК не успевают развиваться кристаллизационные процессы, приводящие к упрочнению. [c.81]

Влияние ориентации на прочностные свойства полимеров, и в частности полистирола, хорошо известно. Примером могут служить данные, представленные на рис. VI.29 (по [41]), которые показывают, на сколько можно повысить прочность материала, осуществляя его вытяжку в режиме, обеспечивающем достижение максимально возможных для данного образца значений разрушающего напряжения. Эффективность ориентационной вытяжки, приводящей к созданию неравновесного, но вполне устойчивого при данной температуре состояния макромолекул, зависит как от режима ориентации (скорости деформации, степени вытяжки и температуры), так и от присущей макромолекулам способности принимать относительно выпрямленные конформации. Поэтому роль анизотропии оказывается различной в зависимости от молекулярного веса полистирола, что также хорошо видно из рис. VI.29. [c.254]

Полимеры можно назвать вязкоупругими материалами , подчеркивая этим их промежуточное положение между вязкими жидкостями и упругими твердыми телами [9, с. 23]. Прочность полимеров сильно зависит от условий испытания, температуры, скорости приложения нагрузки и природы агрессивной среды. На рис. УП1.1 показано влияние температуры на вид зависимости нагрузка — деформация. При температурах значительно ниже температуры стеклования (кривая /) нагрузка линейно возрастает с увеличением деформации и разрыв происходит при малых удлинениях образца. При высоких температурах (кривая 4) полимер каучукоподобен и нагрузка изменяется с деформацией по 5-образной зависимости,, [c.227]

Определение упругих характеристик при статическом нагружении может привести к значительным ошибкам. Поэтому в настоящей работе модуль упругости определялся частотным методом, обеспечивающим высокие скорости деформации, что исключало влияние высокоэластической деформации на величину модуля упругости [1, 4]. Значения модуля упругости Е, предела прочности о (при скорости деформации, равной 10 мин ) и модуля скорости т некоторых полимеров приведены в таблице. [c.118]

Влияние температуры на разрушающее напряжение полимеров хорошо изучено >1 > 1>1 1. Технологов в большинстве случаев интересует влияние температуры на разрушающее напряжение и максимальное значение относительного удлинения, определяемые при сравнительно малых скоростях деформации. В качестве примера, иллюстрирующего влияние температуры на прочность типичного некристаллизующегося эластомера, рассмотрим поведение вулканизата бутадиен-стирольного каучука в широком диапазоне температур при обычно используемых скоростях деформации. Полученные результаты свидетельствуют о том, что разрушающее напряжение, рассчитанное на действительное сечение, и максимальное относительное удлинение с повышением температуры уменьшаются при всех исследованных скоростях растяжения. Уменьшение Ор для скоростей растяжения от 1 до 100 мм/мин происходит только до 80—100 °С, а при дальнейшем повышении температуры Зр почти не меняется, оставаясь на одном уровне вне зависимости от скорости растяжения (рис. 121). При скорости [c.138]

Широкое применение полимерных материалов потребовало соответствующего подбора методик их испытания. Поэтому исследование влияния температуры на характеристики прочности полимеров производилось не только при постоянстве деформирующего напряжения, но и при деформации с постоянной скоростью, а также при разрушении в результате удара с помощью падающего маятника или копра. [c.255]

Выше температуры хрупкости полимерные стекла становятся все более упругими. Упругие деформации возрастают с увеличением свободного объема по мере дальнейшего повышения температуры. Переход макромолекул стеклообразного полимера из одной конформации в другую возможен только под влиянием больших напряжений и при медленном нагружении. Скорость изменения конформаций чрезвычайно мала, и релаксационные явления выражены особенно резко. Деформация полимера длительное время сохраняется и после снятия напряжения, так как изменение конформаций макромолекул происходит крайне медленно. Только нагреванием до температуры, при которой гибкость цепей проявляется и без приложения внешнего напряжения, можно вернуть полимер в исходное состояние. При быстрой смене нагружения стеклообразный полимер деформируется как хрупкое или как упругое тело, и его разрушение часто сопровождается разрывом химических связей в макромолекулах. Наблюдаемая значительно более низкая прочность полимеров по сравнению с теоретической, рассчитанной по энергии химических связей, объясняется неоднородностью распределения механических напряжений в полимере. Эта неоднородность вызвана неупорядоченным расположением макромолекул и наличием дефектных участков. [c.45]

Основным выводом, который следует из рассмотрения рис. IV. 14, является то, что температуры и скорости деформации при растяжении полимеров (вытягивании волокон) на повышение прочности можно характеризовать количественно. Это дает возможность моделировать и оптимизировать технологические процессы. В этой связи особое значение приобретает имеющая и сама по себе важное практическое значение задача установления связи между характеристиками процесса растяжения, которые можно контролировать, не нарушая процесса, и прочностью конечных образцов — вытянутых волокон. Такими характеристиками могут служить температура, скорость деформации и напряжение, причем последняя отражает влияние первых двух. При упрочнении волокон в обычных технологических условиях надежно и сравнительно просто можно измерять только напряжение. Таким образом, поставленная задача может быть сведена к поиску связи между напряжением в деформируемом образце и накапливаемой высокоэластической деформацией. [c.251]

Наряду с этим нет однозначной связи и между прочностью и ориентацией. Особенно наглядно это проявляется при сравнении влияния степени ориентации на упрочнение полимеров с различной молекулярной массой. Пример такой зависимости был дан на рис. IV. 12. В данном случае одинаковому изменению степени ориентации отвечает различное увеличение прочности, причем тем большее, чем выше молекулярная масса. Неоднозначность связи напряжения со степенью ориентации и степени ориентации с прочностью в терминах сеточной модели надмолекулярной структуры аморфных полимерных систем объясняется тем, что при растяжении происходит различная в зависимости от режима деформирования перестройка сетки. Прочность узлов сетки различна и характеризуется временем их разрушения и восстановления (релаксации). При низкой температуре (или высокой скорости деформации) неразрушающихся при деформировании узлов больше, а участки цепей между ними короче. При растяжении осуществляется деформация сравнительно коротких участков цепей, в то время как более длинные могут оставаться ненапряженными. Повышение температуры (снижение скорости деформации) ведет к разрушению части узлов сетка становится более редкой , а участки цепей между узлами — более длинными. Напряжения уменьшаются, а деформация по длине цепей становится более однородной. В то же время уменьшение числа узлов ведет к тому, что часть коротких цепей выходит из зацепления и дезориентируется (релаксирует). Увеличение молекулярной массы полимера приводит к уменьшению доли неориентированных цепей, более равномерному распределению нагрузки и более высокой прочности застеклованного полимера при одинаковой степени ориентации. [c.255]

Условия деформирования оказывают большое влияние на деформационные свойства полимеров и, в частности, на кривую растяжения. Общее правило заключается в том, что повышение скорости деформации и понижение температуры приводят к увеличению сТт, т.е. к кажущемуся увеличению прочности полимера. Влияние обоих факторов взаимосвязано, что вытекает, в частности, из следующего эмпирического уравнения [c.161]

Широко исследовано влияние скорости деформации и температуры на прочностные свойства эластомеров и аморфных полимеров. Смит и его сотрудники [58—60] изучили зависимость прочности при растяжении и разрывного удлинения от скорости деформации для большого числа эластомеров. Оказалось, что результаты, полученные при разных температурах, могут быть обработаны по методу суперпозиции смещением кривых вдоль оси скорости дeфopмa п,ии (в логарифмическом масштабе) с образованием приведенных (обобщенных) кривых прочности и разрывного удлинения, построенных в функции скорости деформации. Результаты подобного рода приведены на рис. 12.30, а и б, суммирующих экспериментальные данные Смита для ненаполненной резины из бутадиен-стирольного каучука. Замечательно то, что температурная зависимость фактора приведения, полученная в результате суперпозиции как по значениям предела прочности, так и по величинам разрывного удлинения, имеет форму, отвечающую уравнению ВЛФ для суперпозиции в области линейного вязкоупругого поведения аморфных полимеров при малых деформациях (рис. 12.31), а полученное нри этом значение температуры стеклования хорошо согласуется со значением, найденным из дилатометрических измерений. [c.346]

Дял воех полимеров хареятерно повышение предела прочности о увеличением скорости нагружения (рис. 9). При этом уменьшается влияние нвупрутих деформаций. [c.28]

Процессы зарождения и развития крейзов, их структура и влияние на прочность полимеров исследованы во многих работах [4.44-—4.47, 7.39—7.44]. Камбур [7.43] показал, что трещина начинает расти в том месте полимера, где происходит в малом объеме формирование материала, деформация которого происходит микронеоднородно и приводит к образова-нию большого числа малых сфероидальных пустот. Исследовалась также поверхность разрушения ПММА. Свежеобразоваи-ные поверхности многих полимерных стекол окрашены. Измерялся коэффициент преломления света поверхностным слоем полимера на поверхности разрушения и было установлено, что поверхностный слой имеет ту же структуру, что и материал внутри крейза (на поверхностях остаются образованные тяжи). Толщина поверхностного слоя в местах, где скорость роста трещины серебра близка к нулю (перед остановкой роста трещины), для ПММА оказалась равной 0,68 мкм. При медленном росте трещины очень велика затрата упругой энергии на пластическую (вынужденную высокоэластическую) деформацию. Поскольку механизм образования трещин серебра неизвестен [7.43], можно только предполагать, что работа пластической деформации, затрачиваемая на их образование, равна работе вынужденной высокоэластической деформации такого же объема материала. Материал в трещине серебра подвергается растяжению на 60%, что должно приводить к затратам на пластическую деформацию поверхностного слоя ПММА, равным (1,77—2,67)-10 2 Дж/см , в то время, как свободная поверхностная энергия равна всего около 4-10- Дж/см2. [c.212]

Степень влияния различных факторов (вероятность наличия опасного дефекта, изменение фактической скорости деформации, и т.д.) зависит от релаксационного состояния полимера в соединении. При хрупком разрушении прочность соединения увеличивается при уменьшении толщины прослойки -в основном, по-видимому, из-за уменьшения вероятности наличия опасного дефекта. При пластическом — вследствие изменения ее реологических свойств. В первом случае изменение температуры испытаний не оказывает существенного влияния на прочность соединений, во втором случае температура влияет значительно. Разумно предположить, что в промежуточной области, т. е. при вынужденноэластическом характере разрушения адгезионных соединений, прочность не зависит от толщины полимерной прослойки. Последнее может быть не связано с реализацией в этом случае адгезионного вида разрушения соединений, так как независимость прочности от толщины слоя при вынужденно-эластическом характере )азрушения свойственна и для свободных полимерных пленок 48]. [c.47]

Методы, рассмотренные выше, оценивают комбинированные эффекты состояния материала и напряжения (или дефор- мации). Может также возникнуть необходимость изучения ухудшения таких свойств, как кратковременная прочность, и -за незащищенности ненапряженного материала от коррозии и окисления. Это только повлекло бы за собой необходимость испытания на прочность на образцах до их выдержки в средах. Рунке и Биритц описали исследование влияния этой выдержки образцов в обычных экспериментах по изучению образования трещин под напряжением [13], которые оказались успешными для быстрой оценки ABS полимеров. Образец вначале выдерживался в определенной среде при постоянной изгибной деформации до своего испытания на разрушение при изгибе с постоянной скоростью деформации. Авторы рекомендуют применение определенного интервала деформаций и времени выдержки. Обработка агрессивными средами всегда вызывает уменьшение энергии разрушения и часто потерю прочности. Эффект обусловлен природой взаимодействия. [c.140]

Влияние вида деформации (растяжение и сжатие). Исходя из того, что при растяжении время релаксации структурных единиц полимера уменьшается, а хрупкая прочность из-за молекулярной ориентации возрастает, следует ожидать снижения Гхр резин при всех скоростях испытаний [5, с. 28]. Это подтверждается имеюшимися данными (см. рис. 3.11), причем снижение Гхр после предварительного растяжения сильнее при малых скоростях испытаний и может достигать 100°С в случае ненаполненных резин снижение Гхр проявляется больше, чем в случае наполненных. [c.95]

Сложный характер деформационных процессов в кристаллических полимерах обусловливает и сложный характер зависимости механических характеристик от скорости деформирования. Так, кривая зависимости предела прочности и напряжения рекристаллизации от скорости деформации проходит через максимум и отчетливо подразделяется на три участка На каждом из этих участков преобладает определенный механизм деформации (вынужденная эластичность или пластическое течение). Для объяснения зависимостей Орекр от температуры и скорости деформирования рассматривают влияние двух процессов расстекловывания аморфной и плавления кристаллической частей полимера. [c.263]

Характеристики прочности эластомеров выражаются в терминах напряжения а, деформации е, температуры Т и времени 1 (или эквивалентного ему для испытаний при постоянной скорости деформации e nst) Время и температура связаны между собой определенными условиями, так что влияние температуры может быть учтено изменением шкалы времени. Чтобы показать, как это делается, рассмотрим сначала взаимосвязь температуры и времени при малых деформациях, исходя из принципа температурно-временной суперпозиции Лидермана—Тобольского— Ферри 30,72,100 Математическая формулировка этого принципа сначала была дана Ферри на основе феноменологической модели, а затем получила молекулярную интерпретацию в теориях Рауза , Бики и Зимма и работы подробно обсуждались (см. также статью А. Тобольского Вязкоупругие свойства полимеров ), поэтому нет необходимости рассматривать их подробно. [c.289]

Для повышения стспени ориентации макромолекул необходимо подобрать оптимальные условия вытягивания волокон температуру, режим пластификации, натяжение, скорость деформации, кратность и скорость вытяжки, молекулярный вес, полпдисперсЕость и регулярность строения полимера. Больш ое влияние иа прочность реальных волокон сказывают также качество (равномерность) прядильного раствора или расплава, качество фильер, равномерность скорости и натяжений на всех стадиях прохождения волокон и качество нитепроводящих деталей. [c.321]

Разрушение стеклообразного полимера происходит в результате разрыва химических связей в макромолекуле. Следовательно, прочность полимера прежде всего определяется энер гией химических связей. Наблюдае.мые обычно значительно более низкие значения показателей прочности по сравнению с теоретически рассчитанными по энергии химических связей объясняются неоднородностью распределения механических напряжений в аморфном полимере. Эта неоднородность вызвана неупорядоченным расположением макромолекул и наличием дефекгных участков. Поскольку механическое воздействие на стеклообразный полимер вызывает в нем не только упругие, но и вынужденноэластические деформации (релаксационные по своей природе), скорость приложения нагрузки часто оказывает решающее влияние на прочность. При очень малой скорости нагружения отдельные участки макромолекул успевают ориентироваться в силовом поле, что приводит к снижению не равномерности распределения напряжения и повышению сопро тивления полимера приложенной нагрузке. [c.38]

Недостатком теории Гриффита является то, что она не учитывает термофлуктуационные процессы, развивающиеся в полимерах при деформации, влияние которых зависит от времени приложения напряжения и скорости его действия. Многочисленные исследова ния показали, что при данном разрушающем напряжении проч ность тела зависит от времени действия нагрузки. Временная зави симость прочности, получившая название статической усталости наблюдается в металлах, ионных кристаллах, силикатных стеклах полимерах, т. е. в материалах различной природы и структуры. [c.216]