Разрушение полимеров, термофлуктуационная концепция разрушения

Далее (в гл. 5 и 6) будут рассмотрены экспериментальный (кинетическая концепция прочности) и теоретический аспект физики прочности полимеров (термофлуктуационная теория прочности реальных полимеров, построенная с учетом понятий и с использованием методов механики разрушения). [c.104]

Механика разрушения является основой инженерных методов расчета прочности деталей и конструкций, находящихся в сложно-напряженном состоянии. Математическая теория трещин позволяет рассчитать напряжения вблизи микротрещин. В то же время механический подход оставляет в стороне физические атомно-молекулярные механизмы разрушения и физическую кинетику разрушения в целом. Кинетическая концепция исходит из термофлуктуационного механизма разрушения, общего для всех твердых тел. Суть механизма заключается в том, что химические и межмолекулярные связи в полимере разрываются в результате локальных тепловых флуктуаций, а приложенное напряжение увеличивает вероятность разрыва связей. Современная термофлуктуационная теория прочности полимеров объединяет оба подхода и вводит понятие о безопасном и критическом напряжении. [c.189]

Журковым с сотр. доказано, что природа разрушения полимеров связана с термофлуктуационным механизмом разрыва полимерных цепей. Предложено уравнение долговечности т = =t(la, Т) в виде экспоненциального закона с тремя постоянными, имеющими определенный физический смысл. Сформулирована кинетическая концепция разрушения тел, заключающаяся в том, что основной причиной разрыва химических связей в полимерной цепи является тепловое движение и флуктуации локальной кинетической энергии. Применение уравнения долговечности Журкова сопряжено с определенными трудностями 1) не указаны границы применимости уравнения 2) не указаны состояния твердого полимера, для которых применимы результаты проверки уравнения Журкова фактически почти все экспериментальные данные получены для квазихрупкого состояния 3) существует неопределенность в физической трактовке предэкспоненты То. [c.143]

Предпосылкой для формирования кинетической концепции разрушения послужили не только общетеоретические соображения, тем более, что априори вряд ли можно было предсказать действительную роль тепловых флуктуаций в явлении макроскопического разрыва тела. Косвенное влияние на развитие этого направления оказали работы по изучению деформационных свойств твердых тел (ползучести) и релаксационных явлений. Молекулярно-кинетические представления здесь стали разрабатываться несколько ранее [6, 20—26]. Термофлуктуационная природа элементарных актов межатомных или межмолекулярных перегруппировок и активирующее влияние механических напряжений, понижающих высоту энергетического барьера для перегруппировок, рассматривались уже с 30-х годов, как физическая основа для объяснения кинетики процессов деформирования, вязкого течения и релаксации напряжений, особенно в полимерах [6, 25]. [c.11]

Ниже, в гл. УП, будут рассмотрены более сложные случаи разрушения (разрушение на конце трещины, разрыв гетерогенных тел, аморфно-кристаллических полимеров и т. д.). Забегая вперед, отметим, что и для этих случаев приблизительное равенство т яг Тфл сохраняется. Такая стабильность равенства макроскопической характеристики долговечности с периодом следования флуктуаций укрепляет достоверность выводов данного параграфа о термофлуктуационной природе разрушения и позволяет уже на основе проведенного грубого анализа сформулировать некоторые общие положения, составляющие основу термофлуктуационной кинетической концепции разрушения твердых тел [c.120]

Понимание физической природы явлений, вызывающих усложнение разрушения и отклонения от уравнения (4), важно для развития кинетических представлений о процессе разрушения. С этой точки зрения при рассмотрении случаев усложнений разрушения и невыполнения простой кинетической закономерности для долговечности (4) наиболее важно выяснить, связаны лн наблюдаемые отклонения с переходом к существенно иному, чем термофлуктуационный, механизму разрушения и, возможно даже, к отрицанию основ кинетической концепции прочности, или же во всех этих случаях имеет место лишь некоторое изменение условий проявления все того же термофлуктуационного механизма разрушения, и все наблюдаемые отклонения от закономерности (4) могут быть объяснены на основе кинетических представлений. Следует иметь в виду при этом, что в результате такого анализа должен быть сделан в конце Концов и важный для практики вывод, а именно вывод о том, может ли кинетическая концепция прочности служить научной основой для прогнозирования долговечности полимеров и других твердых тел под нагрузкой в реальных условиях их эксплуатации [668—677]. Возникает и практическая задача отыскания правильного аналитического описания долговечности под нагрузкой для усложненных случаев. [c.369]

Заканчивая рассмотрение результатов исследования кинетики разрущения полимеров в условиях УФ-облучения, можно сделать вывод, что весь комплекс экспериментальных данных о влиянии УФ-радиации на скорость накопления нарушений (на долговечность и скорость роста трещин) хорошо объясняется с позиций кинетической концепции прочности в предположении о суммировании скоростей радиационного и термофлуктуационного разрушения. Более того, ун<е на основании феноменологических исследований зависимости радиационной долговечности от условий испытания (напряжения, температуры, интенсивности облучения) удалось сделать ряд предположений о природе процесса фотомеханической деструкции и выявить активирующее влияние напряжения на квантовый выход фотодиссоциации. Однако, конечно, кинетическая концепция прочности не может претендовать на предсказание вида формул для Vj и xj. Для выявления природы фотомеханической деструкции и вывода обоснованных выражений зависимости Tj( r, Т, /) необходимо помимо феноменологических исследований применять и прямые методы исследования, позволяющие судить об элементарных актах, лежащих в основе явления. Показательным в этом отношении является рассмотренный пример применения метода ЭПР для исследования элементарных актов процесса фотомеханической деструкции. Польза подобных исследований, наряду с изучением феноменологических закономерностей, очевидна. Для более глубокого изучения деталей процесса фотомеханической деструкции необходимо, видимо, использовать в дальнейшем и спектроскопические методы исследования, так как предложенная выше трактовка явления не общепринята (см., например, [784 808]). [c.422]

Таким об1разом, основной постулат кинетической концепции предполагает адекватность температурного и силового факторов хрупкого разрыва. В свете этих представлений механическое разрушение полимеров аналогично термодеструкции, активируемой напряжением. В ос нове обоих процессов лежат термофлуктуационные разрывы химических связей [160, 162]. [c.127]

Понселе [6.5], а также автором монографии. Журковым с сотр. на основе фундаментальных исследований кинетики разрушения твердых тел предложена концепция о термофлуктуационной природе прочности и сформулирован кинетический подход к процессу разрушения. Степановым с сотр. эта концепция развита и уточнена для хрупкого состояния и перехода к квазихрупкому разрушению, выяснено принципиальное отличие процесса деформации от разрушения твердых тел. Теория разрушения полимерных цепей и полимеров в высокопрочном состоянии на основе этой концепции развита Губановым и Чевычеловым, Разумовской, Савиным, Мелькером, Веттегренем и другими исследователями. [c.146]

В работах Патрикеева [6.11, 7.116—7.118] предложен молекулярный механизм разрыва эластомеров при кратковременных испытаниях, когда термофлуктуационные и вязкие процессы не успевают ярко проявиться. Особенностью теории Патрикеева является попытка учесть роль надмолекулярных структур в эластомерах — упруго растянутой пачки макромолекул. Он нред-лон ил схему перехода от молекулярных характеристик связей в цепях полимера к прочности образца в целом. Лишь небольшая часть упруго растянутых макромолекул образует непрерывную систему — прочный каркас, армирующий растянутый полимер. Напряжение, приводящее к разрыву, зависит от небольшого числа упруго растянутых макромолекул, образующих каркас, воспринимающий практически всю внешнюю нагрузку. Вот почему, но Патрикееву, прочность эластомеров не соответствует модели цепей с равномерно распределенной нагрузкой. В отличие от теории А. Бикки и Ф. Бикки и модели Куна, неравномерная нагрузка падает пе на отдельные полимерные цепи сшитого полимера, а на упруго растянутые пачки цепей. При этом температура и межмолекулярное взаимодействие существенно влияют па число упруго растянутых полимерных цепей. Каркасная связанность деформируемых полимеров играет существенную роль и в прочности стеклообразных и кристаллических полимеров. В концепции Патрикеева интересна попытка выявить структурные причины неравномерного распределения напряжений по отдельным элементам структуры в варианте кратковременной прочности, близкой к атермическому механизму разрушения. Кроме того, Патрикеев предложил характеризовать структуру полимеров вероятностью образования каркасных связей при деформировании и рассматривать каркасную связанность как условце жесткости и прочности полимеров. Хотя концепция Патрикеева не объясняет временные эффекты прочности, она представляет интерес как один из подходов, позволяющих учесть реальную структуру полимера. [c.227]

Метод масс-спектрометрии, так же как и предыдущие методы, способен дать информацию по кинетике разрушения (ее зависимости от напряжения и температуры), но у этого метода есть и весьма интересная специфическая возможность он также может быть применен для исследования состава продуктов, образующихся при механических воздействиях, и сопоставления этого состава с тем, который наблюдается для бессилового разрушения полимера — путем только лишь его нагревания (явление термодеструкции). Подобное сопоставление играет существенную роль в разработке термофлуктуационной концепции механического разрушения, поскольку термодеструкция есть заведомо термофлуктуационный процесс. [c.182]

Монография построена следующим образом. Вначале приведены сведеиия о теоретической прочности полимеров. Затем рассмотрены термофлуктуационный механизм и теория разрыва отдельно взятой полимерной цепи и полимеров с идеальной структурой, а далее — проблема разрушения простых твердых тел и полимеров с реальной структурой, где цеии нагружены неравномерно, но микротрещины отсутствуют (бездефектные материалы изучены научными школами проф. Ф. Ф. Витмаиа, автора этого предисловия и автора монографии). При этом развивается парадоксальная, на первый взгляд, концепция прочностных состояний. Впрочем, парадокс лишь кажущийся, поскольку прочность обусловлена структурой, а существование состояний с различной структурой комментариев не требует. [c.8]

Различные физические теории, объясняющие временные эффекты прочности твердых тел и полимеров, основываются на положении, что процесс разрушения есть активационный процесс разрыва тех или иных связей и что энергия активации снижается, а вероятность и скорость разрушения возрастают при увеличении приложенного напряжения. Иначе говоря, термофлуктуационные теории прочности полимеров приводят к основному выводу кинетической концепции Журкова процесс разрушения определяется тепловым движением и термофлуктуациями, вызывающими разрыв связей, а приложенное напряжение изменяет вероятность разрыва связей. [c.145]