Разрушение полимеров хрупко-вязкое

Вследствие симметричного строения макромолекул политетрафторэтилена и малого размера атома фтора большая часть их правильно ориентирована и образует упорядоченную структуру. Упорядоченная кристаллическая часть достигает большой концентрации (80—90%). Большой процент кристаллической части и неупорядоченная аморфная фаза обусловливают, с одной стороны, высокую температуру плавления, достаточную твердость, а с другой — хорошую гибкость и чрезвычайно низкую температуру хрупкости. Температура стеклования аморфной фазы —120° С. Ниже этой температуры аморфная фаза теряет каучукоподобные свойства, но полимер все же еше не становится хрупким. Температура разрушения (плавления) кристаллитов, т. е. превращения их в аморфную фазу, 327° С. Она значительно выше, чем у полиэтилена, вследствие того, что энергия взаимодействия между атомами фтора соседних цепей (2000 кал/моль) намного больше, чем энергия взаимодействия между атомами водорода. Полимер в аморфном состоянии, т. е. при температуре выше 327° С, не является вязко-текучим, а остается в высокоэластическом состоянии. Нагревание вплоть до температуры разложения (415° С) не превращает полимер в вязко-текучее состояние. Поэтому обычные методы переработки термопластичных масс (горячее прессование, литье под давлением, шприцевание) для политетрафторэтилена не применимы. [c.145]

Хотя теория Гриффита удовлетворительно описывает поведение неорганических стекол, Берри [89] (см. также [773, гл. 11]) и другие исследователи показали, что экспериментально определяемые значения 5 в 100—1000 раз превышают теоретически рассчитанные, если расчет проведен в предположении, что разрушение происходит только вследствие разрыва связей. Исследования поверхностей разрыва показали, что полимеры испытывают большие пластические деформации, следствием которых, по-видимому, и является упомянутое расхождение. Для набухших резин, не подверженных пластическому течению, экспериментальные значения 5 близки к предсказываемым. Таким образом, в приложении к полимерам в уравнении Гриффита следует учитывать возможность локализованной пластической деформации (вязкого течения) даже для чисто хрупкого разрушения. Уравнение в более общем виде можно получить, если в уравнении (1.14) заменить 5 на 5 + Р, где Р учитывает энергию пластической деформации [704], или использовать обобщенную величину Т, учитывающую все процессы, протекающие с рассеиванием энергии [767]. Для характеристики критического количества энергии, необходимого для начала процесса разрушения, используется поверхностная энергия разрыва у, которая может быть рассчитана по уравнению [c.45]

Полимерные материалы являются вязкоупругими твердыми телами. Склонность последних к неупругому и пластическому деформированию убывает, когда они испытываются при высоких скоростях нагружения и (или) при низких температурах. Более низкая деформируемость вызывает у прежде вязкого или высокоэластичного полимера хрупкое разрушение. Убедительным доказательством этого факта служит хрупкое разрушение при испытании на удар натурального каучука при температуре жидкого азота. [c.268]

По современным представлениям [66, 107, 126] предельное состояние в некоторой точке среды однозначно характеризуется тензором прочности. В общем случае ок зависит от свойств материала, характера напряженного состояния, температуры и времени. Геометрической интерпретацией этого тензора является поверхность разрушения. Ее форма зависит от критерия прочности, при выборе которого следует различать вязкое и хрупкое разрушение полимеров. Имеющийся экспериментальный материал [26, 70, 168, 174, 179, 224—226] свидетельствует о том, что независимо от характера разрушения существует принципиальная возможность прогнозирования долговечности при сложном напряженном состоянии по результатам простейших опытов. Допускается [224], [c.225]

У структурно-нестабильных полимеров, например полиолефинов, между областями вязкого и хрупкого разрушения существует зона смешанного (хрупко-вязкого) разрущения (см. рис. 5.2,а). Она совпадает с участком перегиба кривой долговечности (см. рис. 6.15 и 6.16, а) и существенно зависит от характера напряженного состояния. Экспериментально показано [70, 226, 244], что увеличение гидростатической составляющей тензора напряжений, например двухосное равномерное растяжение, может привести к вырождению области вязкого и, следовательно, смешанного разрущения. [c.237]

Уже давно разрушение твердых тел подразделяют на хрупкое и нехрупкое (вязкое). Первоначально считали, что в условиях хрупкого разрушения прочность не зависит от скорости деформирования, но при вязком разрушении такая зависимость должна быть. В первом случае деформация носит чисто упругий характер, а во втором — разрушению предшествует также и остаточная, необратимая деформация Применительно к полимерам в твердом (стеклообразном) состоянии этому соответствует подразделение разрушения на хрупкое и вынужденно-эластическое. Первому предшествует упругая деформация, второму вынужденно-эластическая и (частично) упругая. [c.146]

Интересно, что характер излома образцов полипропилена прп длительных испытаниях изменяется. Прп больших напряжениях, разрушающих материал за относительно короткое время, излом появляется после довольно значительной деформации. Такой излом называют вязким. При меньшей величине напряжения и, следовательно, более длительном силовом воздействии происходит разрушение образца без резко выраженной деформации (хрупкий излом). Изучение срезов с места излома в поляризованном свете микроскопа показывает, что в случае вязкого излома возрастает ориентация сферолитов, приводящая в конечном счете к их полному исчезновению, в то время как хрупкий излом проходит по границе раздела между совершенно неориентированными сферо-литами. При больших напряжениях (высокие скорости деформации) аморфные области полимера не успевают компенсировать напряжения, которые возникают в материале, и часть энергии расходуется на разрушение кристаллических образований, тогда как ири медленной деформации твердые кристаллиты остаются нетронутыми, и деформация до момента разрыва образца происходит в аморфных областях на их границе раздела. [c.104]

Ранее мы показали, что полимеры, которые являются твердыми и хрупкими при комнатных условиях, могут становиться вязкими и пластичными при повышении температуры. Аналогичные превращения происходят в топографии разрушения с изменением температуры. Это видно из рис. II.29. Небольшая разница между двумя образцами, разрушенными при 23 и 40° С, заключается в значительном увеличении размера стеклообразной области. Однако при повышении температуры до 50° С изменяется характер всей поверхности. Полностью пропадают различаемые геометрические фигуры, и сама зеркальная область покрывается радиальными бороздками. Эти радиальные метки, по-видимому, являются траекториями фронта трещин. При 60, 70, 80° С увеличивается удлинение, но, в общем, механизм разрушения, отражающийся на внешнем виде поверхности, остается тем же самым. [c.93]

Развиваемая в настояш ей монографии концепция получила недавно существенное подтверждение в работах Г. В. Виноградова и его школы. Г. В. Виноградов считает, что при переходе полимера из высокоэластического в стеклообразное состояние (имеется в виду механическое стеклование за счет достижения высоких скоростей деформации) механизм разрыва может изменяться [610, с. 548]. Базируясь на проведенных ими ранее фундаментальных исследованиях реологических свойств полимеров с узким молекулярно-массовым распределением [611—616], Г. В. Виноградов с сотр. установили, что, переходя от деформации сдвига к одномерной деформации растяжения линейных полимеров с узким распределением по молекулярным массам, можно работать в широком интервале скоростей деформации. Причем с увеличением скорости деформации при постоянной температуре наблюдается переход от вязкого течения к высокоэластической деформации и затем к хрупкому разрушению. При реализации такого эксперимента происходило уменьшение необратимой компоненты, особенно существенное после перехода в высокоэластическое состояние. Уменьшение деформируемости полимера связывается с наступлением его механического разрушения. [c.244]

Некоторые авторы считают ошибочным проводить испытание на растрескивание при воздействии внешней среды при слишком высокой температуре, указывая на то, что каждый полимер имеет свою температуру перехода от хрупкого к вязко-эластическому разрушению при постоянной нагрузке и что время растрескивания проходит через минимум по мере повышения температуры [c.349]

Прежде всего следует отметить, что общая морфологическая картина поверхности разрушения и поведение студней при раскалывании свидетельствуют о близости основных свойств студней к свойствам твердых аморфных полимеров. Такое принципиальное совпадение в механическом поведении студней и аморфных полимеров указывает на то, что остовом студня, обеспечивающим собственно прочностные свойства, является твердое тело с такими временами релаксации, при которых обычные механические воздействия приводят к хрупкому разрушению. Отсюда, естественно, следует, что области студня, обладающие свойствами твердого тела, должны иметь протяженность надмолекулярного размера, иначе механизм разрыва сводился бы к распаду одиночных межмолекулярных связей и соответствовал обычному вязкому течению. [c.141]

Противоударные свойства газонаполненных Материалов можно описать их амортизирующим действием, т. е. способностью останавливать падающий предмет с минимальным замедлением. Это в свою очередь связано со значительным поглощением энергии при ударе. Если закон смешения в отношении поглощения энергии выполняется для двух фаз — твердой и газообразной, то в этом случае замена твердого вещества газом приведет к огромному увеличению противоударных характеристик материала. Эти характеристики связаны с рассеянием энергии в результате вязкого течения (в структурах с открытыми порами) и сжатия (в структурах с закрытыми порами) газообразной фазы. Газонаполненный материал не должен, однако, повреждаться, а для этого твердая фаза должна быть способна к деформациям без разрушения или перехода через предел текучести. Поэтому лучше всего амортизирующее действие реализуется в каучукоподобных полимерах. В этом случае небольшого количества газа достаточно для создания материала с отличными амортизирующими свойствами. Если же разрушающая деформация твердой фазы мала, как это имеет место в хрупких материалах, например в полистироле, то могут быть допущены лишь незначительные деформации, и поглощение энергии должно осуществляться главным образом в газообразной фазе. В таких случаях необходимо, следовательно, значительное содержание газа для обеспечения адекватных амортизирующих свойств. [c.162]

Предельная величина пластической деформации — удобный критерий для разделения полимеров на хрупкие и вязкие. В процессе деформирования происходит постепенное уменьшение поперечного сечения образца. Поэтому истинное напряжение 0, т. е. напряжение в момент времени закономерно увеличивается. Как было отмечено выше, оно определяется с помощью формулы (80), которая позволяет ориентировочно провести грань между вязким и хрупким разрушениями. Эксперименты показывают, что хрупкое разрушение полиэтилена наблюдается [c.102]

Показана существенная связь механизма резания с реологическими параметрами полимеров, т. е. с влиянием времени и температуры на деформационные свойства. Стружки образуются как непрерывные, так и прерывистые. Можно различить две разновидности стружек непрерывного типа первая аналогична стружкам, получаемым при резании металлов в условиях сдвига вторая разновидность, встречающаяся значительно чаще, реализуется в результате высокоэластических деформаций. Прерывистые стружки делятся на три разновидности прерывистый простой сдвиг , прерывистый сложный сдвиг , прерывистый скол . Сложный тип образуется в условиях сложнонапряженного состояния, включающего растягивающие и сжимающие напряжения. При мягких режимах, т. е. при малых скоростях резания, малых передних углах режущего инструмента и малых глубинах резания, наблюдается тенденция к образованию непрерывной стружки. Механизмы образования прерывистых стружек связаны как с хрупкой, так и с пластической составляющей. Скорость резания, т. е. скорость разрушения, играет доминирующую роль для вязко-упругих тел, особенно при жестких режимах, когда увеличение скорости приводит к разогреву материала вследствие тепловых потерь. [c.404]

На рис. 10-1 показана модель упруго-вязкого тела. Если быстро приложить растягивающее усилие, то поршень не успеет переместиться в вязкой жидкости и деформироваться будет только упругая пружина. Наоборот, если прикладывать усилие в течение длительного времени, то упругая пружина сначала немного деформируется, а затем по мере перемещения порщня восстанавливает свою форму. Деформация всей модели определяется только перемещением поршня в вязкой жидкости. В первом приближении поведение такой модели аналогично поведению полимера в высокоэластическом состоянии. В самом деле, если нагреть полимер до эластичного состояния и мгновенно приложить нагрузку, то он разрушится как. хрупкое тело. Таким образом в эти.х условиях до разрушения не могут быть развиты ни вязкая, ни высокоэластическая деформация возникает только упругая деформация. Наоборот, прн медленном растяжении материал как бы течет, хотя наряду с течением развивается и высокоэластическая деформация. [c.20]

Как правило, характер разрушения полимеров не является постоянным. Он определяется эксплуатационными факторами видом напряженного состояния, температурой, средой и т. д. Например, объемлое сжатие способствует вязкому разрушению, а двухосное растяжение — хрупкому [10]. С ростом скор ости деформирования (нагружения) хрупкие свойства полимеров нарастают. Аналогичная картина наблюдается и по мере понижения температуры. [c.112]

В зависимости от величины начального напряжения в этом режиме возможно хрупкое или вязкое разрушение. Первое было рассмотрено выше, поэтому остановимся на втором. Обычно оно возникает при <то>0,5ат и сопровождается резким увеличением скорости ползучести. Соответственно на образце появляется шейка, которая быстро распространяется на деформируемый объем. В условиях вязкого разрушения полимеров деформация ползучести достаточно велика. Например, у полиэтилена высокой плотности она достигает 1800% [225]. Поэтому вязкое разрушение пластмассового стержня, длительно растягиваемого постоянной нагрузкой Р, разумно интерпретировать как неограниченное течение. Подобным образом интерпретировали этот процесс Генки, а также Хофф [107, 109, 157]. Следуя схеме Хоффа, обозначим через I, 1а, а также Р и Ро текущую и начальную длины и площадь сечения стержня. [c.221]

Разрушение полимеров в зависимости от условий эксперимента может быть хрупким или вязким. Известно, что понижение температуры (рис. VIII.l) и увеличение скорости действия нагрузки способствуют хрупкому разрушению, и наоборот. [c.237]

Явление развития трещин связано также с развитием упруговязких деформаций полимера, которые имеют место [87 ] даже при внешне чисто хрупком разрушении. Процесс упруго-вязкого деформирования в связи с образованием трещин ускоряется, способствуя дальнейшему растрескиванию. На первой стадии лшкро-трещины развиваются почти с одинаковой скоростью, так как напряженность при постоянной внешней нагрузке изменяется медленно. Трещина макроразрушения растет с возрастающей скоростью, чему способствует рост фактической напряженности. Образование системы микротрещин всегда предшествует макроразрушению. Первая стадия занимает основную часть времени разрушения, и закономерности температурно-временной зависимости прочности определяются именно этой стадией. Временные зависимости проявляются на сопротивлении разрушению при скоростном нагружении. [c.195]

Термофлуктуационный механизм осложняется тем, что релаксационные процессы проявляются в полимерах тем отчетливее, чем выше температура. Так, по мере перехода к высоким температурам в микрообъемах перенапряжения проявляется вынужденная эластическая деформация. Вначале этот релаксационный процесс приводит к высокоэластическим деформациям в местах концентрации напряжений, главным образом у вершины микротрещин (термо-флуктуационно-релаксационный ме.ханизм), а затем при более высоких температурах — к образованию трещин серебра , стенки которых связаны между собой микротяжами (релаксационный локальный механизм разрушения). Выше температуры стеклования в высокоэластическом состоянии господствующими являются релаксационные процессы и механизмы разрушения приобретают резко отличительные черты (в табл. 11.2 — вязкоупругий механизм разрушения). Здесь в местах концентраций развивается локальное вязкое течение, которое приводит к образованию так называемых надрывов , являющихся аналогами трещин в хрупком состоянии. На схеме прочностных состояний (рис. 11.4) указаны области действия различных механизмов разрушения некристаллических полимеров, а также область пластического состояния между температурой пластичности и температурой текучести Т . Разрушение в [c.289]

Применение метода ВЛФ к прочности каучукоподобных полимеров в какой-то степени может быть оправдано, так как в основе механизмов их длительного разрушения и вязкого течения лежат весьма близкие процессы. Л1еханизм же хрупкого разрыва твердых полимеров далек от механизма релаксационных процессов в полимерах. Кажущийся успех применения метода ВЛФ к твер-ды.м полимерам можно объяснить тем, что время релаксации и долговечность [уравнения (П. 1) и (I. 13)1 аналогично зависят от температуры и напряжения. [c.86]

Результаты предпринятого недавно феноменологического исследования сравнительной картины разрушения линейных и сетчатых полимеров [128] показывают, что нет принципиальных различий между этими полимерами. Как и следовало ожидать, разница обнаруживается лишь в более низкой релаксирующей способности сетчатого полимера, что проявляется в меньших размерах зоны вынунеденно-эластической деформации на кончике распространяющейся трещины и в более низких значениях эффективной поверхностной энергии по Гриффитсу [91]. Разрушение сетчатых полимеров, даже если исходное состояние было высокоэластическим, всегда заканчивается распространением хрупкой трещины, а не вязким разрывом [128]. [c.240]

В твердых телах, таких, как металлы и ргеорганические стекла, различают [39—43] хрупкое и пластическое разрушение. В пе])вом случае поверхность разрыва иерпендик лярна растягивающим напряжениям и сравнительно мало деформи-[)оваиа, в то время как во втором случае наблюдается пластическое п,1и вязкое течение, и при разрушении имеют место сдвиговые деформацни. В полимерах наибольший интерес представляет природа хрупкого разрушения, имеющего место как в полимерных стеклах, которые нмеют сходство с другими твердыми телами, так и в резинах, которые разрушаются под действием растягивающих напряжении. Процесс хрупкого разрущения связан с неоднородностями структуры— для стекол с трещинами и микроскопическими пустотами, а для резин с неравномерностью распределения напряжений по цепям сетки. Вследствие существенной роли таких неоднородностей сопротивление разрыву не. может быть выражено через энергию химических связей или сил межмолекулярного взаимодействия, которым должна соответствовать прочность, на несколько порядков величины более высокая [39—42]. [c.494]

Вопросы, как и при каких условиях должна работать машина, связаны между собой и не имеют однозначного ответа. Современные представления о природе полимеров и разрушении полимерных тел позволяют предположить, что в зависимости от физического состояния полимера и скорости деформации существуют по крайней мере два механизма механокрекинга. Первый 11меет преобладающее значение для полимеров, находящихся в стеклообразном состоянии, и определяется упругими деформациями и хрупким разрушением материала независимо от причин, нх вызывающих. Второй — химическое течение — реализуется в полимерах, находящихся в высокоэластическом и вязкотекучем состояниях. Этот механизм может сопутствовать вязкому течению и определяется временными характеристиками материала и механических воздействий. Оба эти механизма независимы и могут -закладываться друг на друга, поскольку любая деформация полимерного тела содержит упругую и пластическую составляющие. [c.263]

Появление хрупкости всегда связано с таким перенапряжением в материале под действием приложенной силы, когда нарастание напряжения не ограничено каким-либо процессом, например течением, обеспечивающим релаксацию этих напряжений [И]. Отсюда следует, что значение температуры хрупкости вообще, и для полимерных тел в особенности, непосредственно связано с временнь ши режимами воздействия деформирующих усилий, т. е. определяется релаксационным механизмом, как и все остальные точки переходов в высокомолекулярных веществах. В принципе при очень больших скоростях приложения силы любое эластическое тело или вязкая жидкость при любых температурах, в интервале которых сохраняется их физическое состояние, способно подвергаться хрупкому разрушению. Поэтому определение температуры хрупкости для сравнительной оценки различных полимеров должно осуществляться в строго одинаковых временных режимах воздействия силы. [c.142]

Полимеры, которые являются твердыми и хрупкими при комнатных условиях, могут становиться вязкими и пластичными, если температура возрастает. Аналогичным образом полимеры, обладающие кожеподобными свойствами при комнатных условиях, могут становиться хрупкими, если достаточно сильно понизить температуру. Подобные же изменения происходят с изменением температуры в топографии разрушения. Это легко показать, разрушая образцы полиметилметакрилата при,оди аковой скорости нагружения, но при различных температурах. Ре-зультаты показаны на рис. 15 и 16. [c.200]

В практике пластическими массами называют твердые, прочные и упругие материалы, получаемые из полимерных соединений и формуемые в изделия методами, основанными на использовании их пластических деформаций. Они представляют собой смесь полимерного материала с различными ингредиентами, добавляемым и для улучшения различных свойств полимера пластификаторов, наполнителей стабилизаторов, антиоксидантов, красителей и замутнителей. Для термореактивных полимеров в комплекте поставляется сшивающий агент и в зависимости от условий хранения и переработки ускорители или замедлители отверждения. Пластификаторы добавляют в полимерные материалы для увеличения пластичности, а также для снижения температуры, при которой полимер переходит в текучее состояние. В качестве пластификаторов используют вязкие жидкости с высокой температурой кипения и с низкой летучестью паров. Проникая внутрь полимерного материала, пластификатор как бы раздвигает макромолекулы друг от друга, ослабляя межмолекулярное взаимодействие. В качестве пластификаторов в настоящее время в основном применяются эфиры фталевой кислоты (дибутилфталат, диамил-фталат и т. д.) и фосфорной кислоты (трифенилфосфат, трикрезилфос-фат). Однако жидкие пластификаторы со временем улетают из полимерной композиции, материал становится хрупким. Кроме того, в образующиеся поры проникают агрессивные среды (при их контакте с пластмассой), ускоряя разрушение. Поэтому в настоящее время в качестве пластификаторов стремятся использовать воскоподобные синтетические вещества (например хлорированные парафины), а также добавки к пластическим массам небольших количеств синтетических каучуков. [c.134]