Вынужденная высокоэластическая деформация

Любые полимеры можно получить при достаточно низкой температуре в стеклообразном состоянии. Механизм стеклования связан с повышением жесткости линейных цепей полимеров при охлаждении. Поэтому в стеклообразном состоянии гибкость макромолекул ограничена, и полимеры обладают свойствами твердых тел. Ниже полностью теряется подвижность звеньев, и полимер ведет себя как хрупкое тело (разрушается при малой деформации). При более высокой температуре некоторая подвижность звеньев полимерных цепей сохраняется. Именно она обусловливает возможность изменения форм макромолекул под действием значительных внешних напряжений, а следовательно, и изменение формы тела без нарушений. Такая деформация стеклообразных полимеров получила название вынужденной высокоэластической деформации. Этим стеклообразное состояние высокополимеров отличается от твердого состояния аморфных низкомолекулярных веществ (последние в твердом состоянии всегда хрупки). [c.397]

Так как переход к квазихрупкому разрушению связан с релаксационным процессом — вынужденной высокоэластической деформацией, локализованной в микрообластях в вершинах микротрещин, то для анализа механизма разрушения полимера при высоких температурах следует обратиться к уравнению Александрова — Гуревича [3.24]. Это уравнение выражает зависимость времени релаксации тд высокоэластической деформации от напряжения [c.207]

При образовании шейки фактически имеет место та же вынужденная высокоэластическая деформация, которая, однако," сопровождается фазовым переходом. Как аморфные, так и кристаллические полимеры восстанавливают свою первоначальную форму с опозданием вследствие фиксации растянутых конформаций макромолекул межмолекулярными силами, но в первом случае это опоздание связано со стеклованием, а во втором — с кристаллизацией. В обоих процессах восстановление формы объясняется возрастанием подвижности звеньев и способностью макромолекулы свертываться с повышением температуры. [c.456]

Физико-химические свойства систем, которые мы рассматриваем, существенно зависят от наличия переходного слоя на межфазной границе. Эти свойства определяются также характером распределения компонентов друг в друге и условиями получения композиции, определяющими ее структуру. Вследствие неоднородности смесей зависимости их механических свойств от состава имеют сложный характер [426, 427]. Раздельная. кристаллизация компонентов в смесях кристаллических полимеров, приводящая к возникновению четких границ между сферолитами, определяет легкость разрушения системы и невозможность создания в ней напряжений, необходимых для развития вынужденной высокоэластической деформации. На свойствах смесей сказываются также различия температурных зависимостей слагающих деформации. [c.214]

Вынужденная высокоэластическая деформация. Если температура образца немного ниже температуры стеклования (кривые 4 и 5 на рис. I. 11), то на деформационных кривых появляется ярко выраженный максимум. Развивающаяся при этом деформация на первый взгляд имеет пластический характер, так как после снятия нагрузки образец сокращается только на величину деформации, соответствующую нисходящей ветви кривой, расположенной правее максимума. Однако если такой удлинившийся образец нагреть выше температуры стеклования, то он сократится до первоначальной длины. [c.27]

При определенных условиях кривые деформации высокопрочных материалов имеют максимум, отвечающий пределу текучести ат (рис. 3.2). Значения От ири растяжении, сжатии и сдвиге различны и зависят, кроме того, от скорости деформации и температуры. У полимеров в стеклообразном и кристаллическом состоянии максимум на кривой деформации соответствует пределу вынужденной высокоэластической деформации [3.24, 3.25] ав. При низких температурах или больщих скоростях нагружения образцы полимера рвутся в точке А, не доходя до предела текучести ат или Оа (кривая ). Но с повыщением температуры или уменьщением скорости деформации (кривая 2) значения ат или Са могут стать меньше значения хрупкой прочности и образец при деформировании потеряет деформационную устойчивость (образуется шейка и образец будет вытягиваться, пока не оборвется при достижении ар). [c.46]

Наиболее опасен хрупкий разрыв, поэтому он всесторонне исследуется экспериментально и теоретически. Этот вид разрух шения не сопровождается пластическими или вынужденными высокоэластическими деформациями в объеме образца и вблизи трещины. Квазихрупкое разрушение сопровождается лишь локальной неупругой деформацией вблизи вершины трещины. Хрупкое и квазихрупкое разрушение могут происходить в зависимости от свойств твердых тел по-разному (рис. 4.2). Так, если сопротивление образца растяжению меньше, чем сдвигу, то про исходит отрыв (поз. 1) в противоположном случае разрушение происходит в форме косого скола обычно в плоскости под углом 45°, где наблюдаются максимальные касательные напряжения (поз. 2). В первом случае реализуется тип напряженного состояния 1, а во втором — II. При поперечном растяжении концов об- [c.61]

Предельным состоянием полимера часто называют такое напряженное состояние, при котором дальнейшее повышение напряжений сопровождается процессом вынужденной высокоэластической деформации, являющейся аналогом пластической деформации в металлах. При совмещении в одном аналитическом выражении условий хрупкого разрушения и вынужденного высокоэластического течения можно получить так называемые обобщенные критерии предельного напряженного состояния. Необходимость в разработке таких обобщенных критериев возникает в связи с тем, что в ряде случаев при изменении вида напряженного состояния или условий эксплуатации происходит изменение условий предельных переходов. [c.63]

Это выражение справедливо, если Ок не зависит от длины растущей трещины. Однако при разрушении полимеров, как будет показано в следующем разделе, это условие не выполняется. Тот факт, что величина значительно превосходит а, связан с пластическими и вынужденными высокоэластическими деформациями, возникающими в вершине квазихрупкой трещины. [c.89]

Поверхностные и динамические, а также деформационные локальные потери (локальная вынужденная высокоэластическая деформация у вершин микротрещин) [c.193]

Можно предположить, что причина снижения концентрации напряжений заключается в том, что при переходе через температуру хрупкости в областях перенапряжений происходит вынужденная высокоэластическая деформация, которая аналогично пластической деформации в металлах снижает коэффициент концентрации напряжений. Одновременно с этим приобретают подвижность отдельные полимерные цепи, как в процессах вы- [c.206]

В связи со сказанным важное значение придается механизму протекания вынужденной высокоэластической деформации в полимерах [7.38]. Все твердые тела перед разрушением испытывают различного рода структурные изменения. В хрупком состоянии эти изменения малы и слабо влияют иа процесс разрушения, но чем выше температура, тем они заметнее. У полимеров одним из важнейших видов структурных изменений под нагрузкой является молекулярная ориентация. [c.211]

Под действием малых сил вынужденные высокоэластические деформации не обнаруживаются, что хорошо иллюстрируется рис. П1. [c.375]

Фиксированное расположение макромолекул в полимере при недостаточном тепловом движении (ниже температуры стеклования) может быть нарушено только действием значительных внешних механических напряжений. Поэтому высокоэластическую деформацию стеклообразных полимеров, способную развиваться только под действие.м внешних механических напряжений достаточно большой величины, называют вынужденной высокоэластической деформацией, а само явление — вынужденной высокоэластичностью. [c.256]

Возможность появления вынужденной высокоэластичности определяется соотношением между напряжением, требуемым для перестройки стеклообразной структуры (это напряжение часто называют пределом вынужденной высокоэластичности), и прочностью материала. Если прочность окажется меньше этого на-прял<ения, то образец просто разрушится и никакой вынужденной высокоэластичности наблюдаться не будет. С понижением температуры, когда тепловое движение становится все более слабы.м, величина напряжения, необходимого для развития вынужденной высокоэластической деформации, увеличивается. При достаточно низкой температуре это напряжение начинает превышать прочность и тогда разрушение стеклообразных полимерных образцов происходит без развития вынужденной высокоэластической деформации при небольших величинах удлинений (хрупкое разрушение). [c.256]

Таким образом, вытяжка шейки есть не что иное, как развитие вынужденной высокоэластической деформации полимера, находящегося в кристаллическом состоянии, благодаря чему фиксируется новое ориентированное расположение элементов его структуры. Для сохранения целостности образца при рекристаллизации необходимо, как и для вынужденной высокоэластичности стеклообразного полимера, чтобы длина цепных молекул была достаточно велика. Кроме того, необходимо также определенное соотношение между прочностью и величиной напряжения, вызывающего рекристаллизацию. С понижением температуры напряжение, требуемое для рекристаллизации, повышается, и, когда оно становится равным прочности, образцы разрушаются в процессе образования или развития шейки . При дальнейшем понижении температуры разрушение происходит уже на первой стадии растяжения, и шейка не [c.271]

Вынужденная высокоэластичность в аморфных стеклообразных полимерах открыта Александровым [49]. В работах Лазуркина [50, 51] проведено экспериментальное и теоретическое исследование явления вынужденной высокоэластичности в аморфных стеклообразных полимерах (см. также обзор [52]). Ими была предложена, ныне общепринятая, релаксационная концепция этого явления. В работах Лазуркина и Бартенева с сотр. [53—55] проведено всестороннее экспериментальное изучение вынужденной высокоэластической деформации каучукоподобных полимеров и резин при низких температурах. [c.215]

Александровым и Лазуркиным [49, 50] было установлено, что развивающаяся в стеклообразном состоянии большая деформация является по своей природе высокоэластической, так как она связана не с изменением средних расстояний между атомами и не с перемещением цепных молекул в целом, а с изменением конформаций гибких цепных молекул. Она является вынужденной, потому что переход цепных молекул от одной конформации к другой становится возможным лишь под действием внешних напряжений. Без этих напряжений тепловое движение в полимерном стекле не способно заметно изменять конформации цепных молекул, фиксированных межмолекулярным взаимодействием. Поэтому уже развившаяся вынужденная высокоэластическая деформация оказывается после снятия действия внешних сил фиксированной. Лишь при нагревании, когда тепловое движение цепей уменьшает время релаксации, сокращение шейки становится заметным и образец постепенно принимает первоначальную форму. [c.217]

Под действием малых деформирующих усилий вынужденные высокоэластические деформации полимера не обнаруживаются, что хорошо иллюстрируется рис. 19, где приведена типичная для аморфных полимеров термомеханическая кривая изменения деформации полимера под действием малых деформирующих усилий. В температурной области стеклообразного состояния полимера вязкость настолько высока, что теплового движения недостаточно, чтобы молекулы полимера были способны изменять свою форму, переходить из одной конформации в другую. [c.140]

Некоторые авторы рассматривают вынужденную высокоэластичность как особый вид пластической деформации, осложненной влиянием проходных цепей, связывающих надмолекулярные образования — домены [42]. Кроме того возникновение трещин серебра — крей-зов — также связано, по мнению многих авторов, с развитием пластического течения, а в целом — с процессом вынужденной высокоэластической деформации [43— 46]. Для вынужденной высокоэластической деформации полимеров характерно не только образование шейки и появление крейзов, но и возникновение сдвиговых деформационных полос, а также образование в объеме полимера нарушений сплошности [45]. Преобладание тех или иных механизмов деформации обусловлено помимо структуры полимера условиями деформации (скоростью, температурой). Представления о вынужденной эластич- [c.138]

Методом инфракрасной спектроскопии [61] доказано, что в зонах перенапряжений возникает микродеформация, являющаяся по своей природе вынужденной высокоэластической деформацией. Диссипация энергии вследстиве микродеформации наблюдалась в ряде работ. Рост трещины сопровождается при больших скоростях значительным локальным разогревом материала в отдельных случаях на сотни кельвин. [c.317]

В отличие от свободных нленок нленки на подложках дефорып руются совершенно иначе. Во-первых, эмаль-провода, т. е. системы пленка — подложка, могут быть растянуты на 45—50% без разрыва пленки. При удлинении более 45—50% происходит разрыв медной проволоки, поэтому истинную деформируемость пленки эмаль-лака измерить не удается, но можно с уверенностью утверждать, что абсолютное значение деформируемости этой пленки на медной подложке больше 45—50%, т. е. в 4—5 раз превосходит разрывное удлинение свободных пленок. Во-вторых, при растяжении пленок совместно с подложкой возникает задержанная усадка, что легко обнаружить, отделив пленки от медного провода. После отделения от растянутой подложки пленка при комнатной температуре сокращается не полностью, и часть деформации остается замороженной . Однако эта замороженная деформация нри нагревании нленок до температуры стеклования исчезает, т. е. она обратима, что свидетельствует о ее высокоэластическом характере. Итак, нри деформации пленки эмальлака совместно с подложкой возникает, как было впервые показано в работе [308], вынужденная высокоэластическая деформация (ВВЭД). [c.197]

Появление ВВЭД в большинстве случаев наблюдается уже в самом начале процесса деформации системы пленка — подложка. Пленки, отделенные от растянутых подложек и имеющие задержанную усадку, нри разрыве в свободном состоянии деформируются обратимо, причем значение разрывного удлинения деформированных пленок, как правило, мало отличается от соответствующей величины для исходных нленок. Таким образом, можно сделать вывод, что пленка, деформируемая совместно с подложкой, проявляет два различных вида деформации обычную обратимую деформацию, характерную для сшитых полимеров в стеклообразном состоянии, и вынужденную высокоэластическую деформацию (ВВЭД), отличающуюся от деформации стеклообразных полимеров тем, что ВВЭД появляется уже на ранних стадиях растяжения системы пленка — подложка и реализуется только при наличии адгезионной связи нленки с подложкой. При отделении пленки от подложки механизм, обеспечивающий возникновение этой своеобразной ВВЭД, выключается , и пленка, растягиваемая в одиночку , деформируется но обычному механизму — обратимо. Следовательно, тот огромный запас деформируемости , который обнаруживается при растяжении системы, обусловлен адгезионной связью пленки с подложкой. [c.197]

В качестве примера для иллюстрации предельных состояний полимера (состояний, в которых происходит разрушение) рассмотрим диаграмму нагрузка — деформация полимера (рис. 4.3) при различных температурах (или при различных скоростях деформации). Кривая 1 отвечает хрупкому разрушению образца, при котором разрушению предшествуют лишь упругие деформации. В этом случае разрывное напряжение стхр равно прочности полимера. Кривая 2 отвечает разрушению полимера выше температуры хрупкости Тхр — в нехрупком стеклообразном состоянии, при котором разрушению предшествует вынужденная высокоэластическая деформация, развивающаяся в полимере при достижении предела вынужденной высокоэластнчности Оа. При переходе напряжения через значение сГв образец теряет устойчивость при малом приращении напряжения происходит большое приращение высокоэластической деформации. В этом случае под прочностью полимера понимается предел вынужденной высокоэластичности. Разрывное напряжение ар несколько больше ав, так как в процессе вытяжки полимер упрочняется. Материал в этом случае характеризуется двумя предельны- [c.62]

Рис. 4.12. Поперечный разрез краевой микротрещииы и квазихрупком материале. В вершине трещины показана концевая область пластической или вынужденной высокоэластической деформации.

В температурном интервале квазихрупкостн низкопрочного материала (от Тхр до Гкхр) в вершине трещины возникает зона пластической (для полимеров — вынужденной высокоэластической) деформации (см. рис. 4.12). [c.78]

Зная у для хрупкого и квазихрупкого разрушения, можно рассчитать коэффициенты концентрации напряжения (3, которые соответственно равны рхр = 63 и ркхр = 22,5, т. е. нри переходе через температуру хрупкости с повышением температуры уменьшается в три раза, что согласуется с представлениями о снижении р в квазихрупкой треш,ине из-за релаксации напряжения вследствие вынужденной высокоэластической деформации полимера. Если бы энергия активации оставалась при переходе через Тх-р неизменной или увеличивалась не слишком сильно, то согласно уравнению [c.127]

В квазихрупком состоянии полимера п=1, а в хрупком состоянии следует предположить, что п>1. Это объясняется тем, что в квазихрупком состоянии в вершине трещины происходит вынужденная высокоэластическая деформация и полимерные цепи ведут себя как квазинезависимые. В хрупком состоянии полимерные цепи вследствие отсутствия молекулярной подвижности в вершине не могут разрываться квазинезависи-мо, без участия соседних. Если область перенапряжения и флуктуация охватывает несколько полимерных цепей, то происходит групповой разрыв связей. Групповой механизм разрыва связей в полимерной цепи обоснован теоретически [4.91], а также методом машинного моделирования (см. гл. 2). [c.152]

От скорости деформации (при е—ьсхэ и Т — ю), в микрообластях перенапряжений у вершины трещины происходит локальная вынужденная высокоэластическая деформация, связанная с одним из релаксационных процессов в полимерах. В области 111, таким образом, термофлуктуационный механизм осложнен локальным релаксационным процессом. [c.194]

Если время Та меньше времени релаксации Хк, то в вершине микротрещины вынужденная высокоэластическая деформация не будет наблюдаться ни в начале, ни в конце роста трещины, так как скорость роста трещины о равна стартовой Vs только вначале, а затем она возрастает и соответствующее время продвижения микротрещииы за каждую флуктуацию будет меньше, чем хз. Если время Хз больше хк, то в вершине микротрещины вначале будет развиваться высокоэластическая деформация, а затем происходить разрыв полимерных цепей. Отсюда следует, что температура хрупкости, характеризующая переход к квазихрупкому состоянию полимера, примерно соответствует условию [c.208]

Первое объяснение предпочтительнее. В квазихрупком состоянии пластическая (вынужденная высокоэластическая) деформация в вершине движущейся трещины сопровождается механическими потерями первого вида. При большой скорости выделяемая теплота не успевает отводиться, и трещина при повышенной локальной температуре растет ускоренно. На участке ВО (см. рис. 5.6) происходит переход от изотермического режима к адиабатическому, и скорость роста трещины вместе с локальной температурой увеличивается быстро вплоть до субкритической скорости, которая, как и модуль упругости, слабо зависит от температуры, если разогрев не приводит к плавлению. Пройсс [7.33] наблюдал на поверхности разрушенного полиэтилена следы расплавленного материала. Локальный разогрев в растущей трещине наблюдался экспериментально [7.30]. Эта проблема будет обсуждаться далее при рассмотрении циклической долговечности. [c.209]

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]

Таким образом, для области выше и ниже Тс характерно образование трещин серебра , приводящее к растрескиванию полимеров. Микрорасслоение материала на микропустоты и микротяжи происходит в результате вынужденной высокоэластической деформации, т. е. связано с а-процессом релаксации, протекающим под напряжением. Образование трещин серебра представляет собой первый этап разрупюния, состоящий в накоплении повреждений. С увеличением нагрузки или времени наблюдения по трещинам серебра или монолитному материалу пройдут трещины разрушения, рост которых сопро- [c.212]

Большинство релаксационных процессов в механических полях, т. е. процессов вязкоупругости, следует схеме изменения константы скорости релаксации по кривой 2. В области небольших отклонений от равновесия наблюдается линейный процесс релаксации, а в области больших — нелинейной. К такому типу относятся процесс вынужденной высокоэластической деформации ниже Тс, релаксационный процесс в переходной области при малых деформациях, неньютоновское вязкое течение и релаксационные процессы в наполненных эластомерах. В последних ярким пгоявлением нелинейных вязкоупругих свойст в служит эффект Маллинза — Патрикеева (см. гл. 8). [c.204]

Во всех релаксационных состояниях эластомеров наблюдаются процессы нелинейной вязкоупругости в стеклообразном — вынужденная высокоэластическая деформация в переходной области — релаксационный процесс при малых деформациях в высокоэластическом состоянии — нелинейный процесс при больших деформациях и, наконец, в вязкотекучем состоянии — неньютоковское вязкое течение. Причины всех этих явлений следует искать в специфической молекулярной подвижности кинетических единиц в условиях действия механических полей. Поэтому различные механизмы процессов нелинейной упругости в эластомерах можно понять на основе молекулярного подхода к трактовке явлений [5, 16, 24—30]. Так, например, вязкое течение и самодиффузия сегментов и макромолекул — процессы одной и той же природы. Оба процесса имеют активационную природу. В связи с этим вязкое течение можно [c.204]

Все перечисленные выше материалы при испытании на растяжение при различных давлениях разрушались хрупко, без заметной вынужденной высокоэластической деформации, за исключением образцов из ФКП-1, которые при больших давлениях значительно деформировались. Разрушение происходило перпендикулярно оси образца, а поверхность разрушения была шероховатой. В табл. 5.4 приведены значения стьр, о (максимальное растягивающее напряжение), Ттах, Токт и Оср для этих материалов. Величина аьр растет очень быстро при уве- [c.131]

На рис. 3.5 в качестве примера приведены диаграммы растяжения пленок ПЭГ и ПЭИ. Диаграммы записаны при комнатной температуре при растяжении со скоростью 1%/с с помощью безынерционн ого динамометра фирмы Инстрон . Как следует из этих диаграмм, пленки ПЭГ и ПЭИ в свободном виде деформируются без образования щейки , сопровождающего развитие вынужденной высокоэластической деформации. [c.134]

Большие деформации полимеров в стеклообразном состоянии обычно объясняют явлением вынужденной эластичности. Изучение этого вида деформации было начато в работах Александрова и Лазуркина [40, 41] и продолжается до последнего времени [42—57], причем расширяются представления об этом виде деформации. Характерной особенностью процесса вынужденной высокоэластической деформации (ВВЭД) является явно выраженная локализация, вызванная неоднородностью структуры [45, 51]. Процесс ВВЭД сближается с пластической деформацией благодаря термодинамической необратимости. При развитии ВВЭД помимо затрат работы на развитие эластической деформации упругого последействия и на увеличение упругой энергии часть работы переходит в тепло. Вынужденная высокоэластическая деформация похожа на пластическую (например, металлов) таким чисто внешним признаком, как образование шейки. В то же время ВВЭД отличается геометрической обратимостью, а такой характерный признак ВВЭД, как образование шейки, — типично кинетический процесс [51]. [c.138]