Разрушение полимеров хрупкое, модели

Его физически невозможно исключить, поскольку температура характеризует основное свойство материальных систем, связанное с их тепловым движением. Поэтому, анализируя разрушение полимеров главным образом под влиянием температуры и нагрузки, необходимо рассмотреть и предельный случай, когда внешняя механическая нагрузка отсутствует и наблюдается разновидность статической усталости— старение [13]. Напомним, что кинетическая концепция прочности твердых тел постулирует адекватность термического и механического факторов хрупкого разрыва. Это обстоятельство учитывается феноменологической моделью [35], описывающей также процесс старения. [c.157]

Рис. 3.12. Представление хрупкого разрушения трехмерной модели полимера

Особый интерес представляет механизм упрочнения хрупких полимеров каучукоподобными полимерами. Для объяснения влияния каучука на свойства жесткого полимера была предложена механическая модель [557], состоящая из параллельно соединенных жесткого и упругого элементов, которые последовательно соединяются с элементом, моделирующим свойства стеклообразной матрицы. Роль каучука состоит в предотвращении катастрофического распространения образующейся трещины и в обеспечении возможности холодного течения матрицы, приводящего к образованию шейки при больших деформациях. При этом предполагается, что основная роль наполнителя сводится к созданию дополнительного свободного объема, благоприятствующего образованию шейки. Хрупкое разрушение таких полимеров, как ПММА, ПС, сополимер стирола с акрилонитрилом и др., может быть связано с тем, что поглощение энергии происходит в слоях микронной толщины у поверхности растущей трещины [558]. При упрочнении хрупких поли.меров каучуками деформация происходит уже в слоях значительно большей толщины, что приводит к увеличению способности поглощать энергию. Однако в целом энергия, поглощаемая каучуком в области волосяных трещин, намного меньше, чем в матрице, поскольку каучук характеризуется значительно более низким значением модуля, а напряжения в обеих фазах одинаковы. Поэтому можно полагать, что частицы каучука способствуют возникновению гидростатического растягивающего напряжения в полимерной матрице. Оно приводит к увеличению свободного объема, которое способствует возрастанию податливости к снижению хрупкости. Источником гидростатического давления служит относительная поперечная усадка, обусловленная различием значений коэффициента Пуассона каучука (0,5) и матрицы (около 0,3). [c.279]

Основная особенность механики разрушения полимерных тел — резко выраженная зависимость положения и формы предельных поверхностей от темп-ры и скорости деформирования. Количественный учет этих зависимостей — главная задача механич. подхода к созданию теории П. полимеров. Возможны различные решения этой задачи. Для стеклообразных и кристаллич. полимеров влияние темп-ры и скорости деформирования на разрушение обусловлено в основном высокоэластич-ностью вынужденной. Для этих полимеров необходима разработка моделей, позволяющих получить обобщенный критерий П., совмещающий в одном аналитич. выражении условия хрупкого разрушения и вынужденной высокоэластичности. [c.113]

По макроскопическим свойствам стеклообразные полимеры в тех условиях, в которых они разрушаются хрупко, можно рассматривать как Гуковские тела. В макроскопическом масштабе они часто изотропны. Поэтому разумно и справедливо применить к этим материалам теории хрупкого разрушения, которые были выведены на основании рассмотрения классических моделей упругих тел. Естественно, что приближение не позволяет непосредственно выразить экспериментальные результаты в молекулярных терминах, а использует лишь значения параметров, характеризующих свойства материала как сплошной среды. [c.155]

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]

Для оценки адгезионной прочности можно с успехом применять методы рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, относящиеся к группе методов элементного анализа тонких поверхностных слоев твердых тел (спектроскопия вторичных ионов и оже-спектроскопия). Если образец композита подвергнуть хрупкому разрушению в условиях, исключающих образование полимерных тяжей, и провести анализ поверхности разрушения методом РФЭС, то по интенсивности спектральных линий полимера 1р и наполнителя If можно установить, какую часть площади на поверхности разрушения занимают частицы наполнителя. Таким образом, этот метод может быть использован для дисперсно-упрочненных композитов. При когезионном разрушении 1 =0, а /р= =1, и наоборот. Для количественной оценки, однако, необходима та или иная модель, учитывающая форму частиц наполнителя, а также знание распределения напряжений на поверхности частиц при наполнении. Для простого случая, когда частицы наполнителя имеют сферическую [c.75]

Рыхло упакованные стекла с жесткими макромолекулами и развитой способностью к вынужденноэластическим деформациям составляют группу материалов с большим интервалом Характерно, что полимеры с очень жесткими макромолекулами, вовсе не способные к вынужденноэластической деформации, не обладают, тем не менее, отчетливо выраженными хрупкими свойствами. Наличие пустот и неплотностей упаковки, неизбежных в таких материалах, дают им возможность заметно деформироваться под действием больших напряжений. Наглядной моделью здесь может явиться стеклянное волокно, спрессованное в особых условиях в виде сплошного куска, так что объем его лишь на несколько процентов превышает объем стеклянного монолита того же веса. Такой кусок спрессованного стекловолокна уже не является хрупким, как стекло, и способен до разрушения претерпевать значительные деформации. [c.143]

Добродумов А. В., Ельяшевич А. М. Имитация хрупкого разрушения полимеров на сетчатой модели методом Монте-Карло.— Физика твердого тела, 1973, т. 15, № 6, с. 1891—1893. [c.93]

Предельные состояния обычно изображаются с помощью некоторых поверхностей в пространстве главных напряжений. При монотонном изменении свойств полимера под действием внешнега воздействия происходит соответствующее мбнотонное изменение предельных поверхностей. Для получения обобщенного критерия предельного состояния чаще всего используют двойственную модель твердого деформируемого тела [11.8] с целью аналитического расчета свойств хрупкости и вынужденной эластичности проявляющихся при деформировании реальных твердых полимеров. В двойственной модели деформация представляется в виде суммы двух составляющих, обусловленных хрупкими и пластическими свойствами полимера. Таким образом, вводятся два параллельных реологических элемента, описывающих отдельно хрупкие и пластические свойства полимера. Иногда в реологическую модель включают элемент разрушения для того, чтобы связать процесс деформирования с процессом разрыва связей, что особенно существенно для полимеров. [c.285]

Выбор двух уровней обусловлен интервалом варьирования данного фактора. В интерполяционных моделях вся область определения фактора состоит из двух интервалов. Это позволяет установить основ)Ной (нулевой) уровень, прйбавле ие к которому интервала дает верхний уровень, а вычитание — нижний. Иногда, наоборот, существует априорная информация о величине верхнего и нижнего уровней. Например, при изучении хрупкой прочности многих полимеров, имеющих область вяакого разрушения, за верхний уровень напряжения разумно принять [26] половину, а за нижний — примерно [35] [c.103]

Старение полимеров является сложным физико-химическим процессом, который активируется температурой, а также другими факторами внешней среды. Поэтому существуют различные типы старения [68, 79, 125, 139, 180, 197]. Все они, однако, поддаются некоторой общей феноменологической оценке, вытекающей, в частности, из рассмотренной выше обобщенной модели хрупкого разрушения [35]. Дейсшительно, кинетическое уравнение (5.102) при ар(0=0 трансформируется в выражение для скорости старения [c.190]

Рассмотренная выше феноменологическая модель хрупкого разрушения (см. рис. 5.15) позволяет установить количественный эквивалент между механо- и термодеструкцией, рекомендуемый для целей прогнозирования долговечности пластмассовых изделий. Задача сводится к отысканию температуры 0 (эквивалентной), при которой интенсивности механо- и термодеструкции, т. е. старения, совпадают. Обратимся к разложению бинома (5.107), который в достаточно широкой временной области ( /т 0,6) независимо от значения напряжений весьма близок к прямой (5.112). С другой стороны, старение целого ряда полимеров также описывается линейным законом в форме уравнения (6.6). Теперь предположим, что термодеструкция протекает по реакции нулевого порядка при температуре 0, а механодеструкция — при некоторой температуре Г и напряжении а. Полагая, что в обоих случаях поврежденность структуры одинакова, запишем, используя уравнения (5.112), (6.6) и (6.19), приближенное тождество [c.284]

Таким образом, двухуровневая модель разрушения и термофлуктуационная теория привели к важному понятию о нижней 1 ранице применимости уравнения Журкова. Этот вопрос обсулс-дается также в работах Разумовской [6.31] и Тулииова [6.32]. Существование безопасного папрял<ения может быть обусловлено различными причинами. Так, в гл. 4 было показано, что безопасное напряжение появляется в результате протекания определенных процессов вязкоупругости. Следовательно, понятие безопасного напряжения различно для механизмов хрупкого и нехрупкого разрушения. Принципиально различны понятия безопасного напряжения для атермического, термофлуктуационного и вязкоупругого механизмов разрушения. Существенное влияние на Оо оказывает реальная структура (микронеоднородность) и дефектность твердого тела (микротрещины). Внешние факторы, например, поверхностно-активные среды, такн<е влияют на Оо- Отличительной особенностью безопасного напряжения (6.36), определенного из термофлуктуационной теории, является его практическая независимость от температуры при сохранении состояния полимера, когда 3 не меняется (Кт - молекулярная константа для данного тина химической связи, а свободная поверхностная энергия слабо зависит от температуры). [c.170]

Атермический и термофлюктуационный механизмы разрушения связаны с различной кинетикой роста микротрещин в хрупком материале, находящемся под растягивающим напряжением. Сначала рассмотрим молекулярную модель трещины, которая является обобщением известных моделей трещины Гриффита и Ребиндера (рис. 1.32) [232—235]. На границе перехода от сплошности к свободной поверхности (штриховая линия) происходит разрыв связей между атомами (у полимеров рвутся связи С—С или же другие химические связи цепей главной валентности). На рис. 1.32 атомы 1—6 находятся еще внутри тела, а 7—11 и далее —на свободной поверхности следовательно, акт разрыва сводится в основном к переходу 6—7. [c.90]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология