Долговечность в квазихрупком состоянии

НИИ, всегда имеются начальные микротрещины и наиболее опасная из них определяет прочность и долговечность. В полимерах, находящихся в квазихрупком состоянии, например в полимерных стеклах, также имеются начальные микротрещииы. В других случаях (полимерные волокна) микротрещииы отсутствуют, но имеются слабые места (аморфные участки микрофибрилл). Уже при малых нагрузках в слабых местах образуются субмикротрещины, которые вследствие наличия прочных кристаллических участков микрофибрилл являются стабильными и непосредственно не приводят к разрушению. Разрыв полимерного волокна происходит от одной из микротрещин, возникшей из ряда субмикротрещин или на стыке микрофибрилл. При больших нагрузках к разрушению приводит одна из наиболее опасных микротрещин. Поэтому термофлуктуационная теория в первую очередь должна рассмотреть механизм и условия роста микротрещин в полимерах. [c.146]

Долговечность полимеров в хрупком и квазихрупком состояниях 124 [c.4]

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]

Рис. а.18. Полная изотерма долговечности ПММА в квазихрупком состоянии (образец-полоска шириной мм [c.177]

На схеме прочностных состояний (см. рис. 7.1) указаны предполагаемые области действия различных механизмов разрушения некристаллических полимеров, а также область пластического состояния, лежащая между температурами пластичности Гп и текучести Гт. Механизмы разрушения и теория долговечности для областей I, II и III были подробно обсуждены в предыдущих главах. В этой главе будет более детально рассмотрено влияние релаксационных переходов иа прочность в хрупком и квазихрупком состояниях. Основное же содержание главы — разрушение полимеров при высоких температурах, когда долговечность в основном определяется релаксационными процессами. [c.195]

По данным [7.129], полярные бутадиен-нитрильные эластомеры ири низких температурах — от —100 до —160 С, т. е. в области квазихрупкого разрушения (Тс = —20-7-40°С),— ведут себя аналогично полимерным стеклам в неориентированном состоянии и полимерными пленками ориентированном состоянии (степень вытяжки а = 8). Так, для эластомера СКН-40 в неориентированном состоянии у=1,1-10 мм , что очень близко к у=1,08-10 мм для ПММА в квазихрупком состоянии, В ориентированном состоянии у меньше в 4—5 раз, что свидетельствует об упрочнении, происходящем при ориентации. Энергия активации процесса разрушения не зависит от степени ориентации и равна 134 кДж/моль, что совпадает с данными для ПММА в квазихрупком состоянии. Таким образом, бутадиен-нитрильные эластомеры являются уникальными в том смысле, что их долговечность исследована в столь широком диапазоне температур (от —100 до +200 °С) и что были прослежены релаксационные механизмы в них от термофлуктуационных механизмов при низких температурах до релаксационных механизмов при высоких температурах (см. табл, 7,1). [c.239]

В главе 4 уже были рассмотрены вопросы связи процессов разрушения и деформации для высокопрочного состояния твердых тел. Есть достаточные основания считать, что прочность в квазихрупком состоянии совпадает с пределом текучести (для полимеров Оп — с пределом вынужденной высокоэластичности Ов). Ратнер и Брохин [5.31] рассматривали критическое время 0, необходимое для снижения Ов до величины приложенного напряжения, как деформационную (релаксационную) долговечность, аналогичную прочностной долговечности т. Величина 6 определяется по резкому подъему кривой ползучести полимера (рис. 5.17), после которого начинается высокоэластическая деформация. Было показано, что критическое время 0 подчиняется уравнению, аналогичному (5,9). [c.130]

При небольших частотах, когда локальным разогревом можно пренебречь из-за того, что теплопроводность обеспечивает отвод тепла, критерий (7.15) выполняется. В таком режиме частот Журков и Томашевский [6.45] применяли критерий Бейли к расчетам циклической долговечности пластмасс при циклах прямоугольной формы, Регель и Лексовский [[7.48—7.51]—при циклах синусоидальной формы, а Бартенев и Паншин с сотр. [7.52— 7.54] —при циклах пилообразной формы. Все эти опыты проводились на пластмассах в квазихрупком состоянии. Критерий Бейли можно применять и к эластомерам [7.55] . [c.215]

На рис. 6.16, где приведена полная изотерма долговечности ПММА при 20 °С, показано изменение с увеличение о вкладов Тф и Тк в долговечность т. Кривая 1 соответствует флуктуа-ционной части долговечности Тф ПММА в квазихрупком состоянии, рассчитанной из уравнения долговечности (6.15) с учетом (6.16) и (6.17) нри следующих значениях констант и параметров /о = 9,5-10 з =10 мм р = 22,5 г)л = 4,8-10 2° мм % = = 1,26-10 5 мм = 8,4-10 3 кДж/(моль-К) о = 3-10 с. Линейному участку кривой АВС в координатах 1 т—а соответствует расчетное значение Л = 7-10 с, что несколько отличается от значения Л = 2,5-10 2, полученного из экспериментальных данных Песчанской и Степанова. Кривая 2 соответствует атермической части долговечности Тк по формуле (6.45) при ак = 207 МПа. Это значение в температурных пределах квазихрупкого разрушения, как и значение с>о = 20 МПа, практически от температуры не зависит, поэтому изотермы при других температурах, имея другие наклоны линейного участка, сохраняют неизменными его границы. Но с понижением температуры при Гхр происходит скачкообразное изменение ряда параметров, которые затем в области низких температур остаются практически постоянными (ниже Тхр для ПММА оо = = 6 МПа, а 0к=125 МПа, т. е. оба показателя в хрупком состоянии существенно ниже). [c.177]

В растягиваемом образце нарастающее истинное напряжение, рассчитанное па действительное поперечное сечение, уменьшающееся но мере растяжения, соответствует условиям измерения <т и долговечности t иа улитке Журкова [5.4]. Пусть на разрывной машине задан режим постоянной скорости изменения напряжения w = do[dt. Для хрупкого и квазихрупкого состояния (ниже (Тв) приближенно верен линейный закон деформации <з = Ег. Следовательно, режим ге = onst соответствует режиму /e/tii = onst. Опыт проводится при постоянной температуре, поэтому уравнение долговечности (6.19) можно выразить как [c.186]

Качественная трактовка этого явления в рамках механизма атермического разрушения следует из того, что при температуре перехода наблюдается максимум механических потерь. Так как при этом для разрушения требуется максимальная энергия, то максимуму потерь соответствует и максимальное разрывное напряжение. При увеличении скорости растяжения до 5,2-10 мм/с температура перехода и максимум потерь смещаются до —80 °С. При более высоких температурах (но ниже 0°С) наблюдается скачок прочности при переходе из хрупкого в квазихрупкое состояние. Температура перехода Гхр зависит от скорости растял<ения. Для скорости 2,1мм/с время до разрыва (долговечность) равно 10 с, а для скорости 0,21 мм/с—10 с. Соответствующие этим значениям времена релаксации р-процесса дают температуры перехода Тр, совпадающие со значениями Тхр. [c.204]

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]

Закономерности разрушения и долговечности полимеров при циклических нагрузках рассмотрены в [9 11.32]. Закономерности динамической и статической усталости сшитого эластомера, например, одинаковы (соотношение между числом циклов до разрушения М и максимальным за цикл напряжением о при растяжении Ыа = = сопз1), но статический режим является более мягким по сравнению с динамическим. Несмотря на то что в статическом режиме материал находится все время в напряженном состоянии, его разрушение происходит значительно позже, чем при динамических напряжениях, когда образец находится в напряженном состоянии лишь часть времени. Это объясняется тем, что при периодических нагрузках перенапрял<ения не успевают отрелаксировать за время каждого цикла нагружения, тогда как при статической нагрузке они с течением времени выравниваются. Для пластмасс релаксация перенапряжений связана с микропластической локальной деформацией в вершинах микротрещин. При увеличении частоты и нагружения возмол ен переход от квазихрупкого к хрупкому разрушению. [c.329]

Для определенной модели релаксации авторы рассчитали зависимость lgт(a) в хрупком состоянии и пришли к выводу, что наклон кривой долговечности будет в (Рхр/Р.< )[1—пУА1 кТ)] раз больше, чем при квазихрупком разрупюнии, где а — параметр релаксации (скорости релаксации). Уд—активационный [c.127]

Одной из причин зависимости С/о и V от температуры является переход из хрупкого в нехрупкое состояние, отмеченный выше. Так, в работах [5.24—5.26] показано, что постоянные долговечности кристаллических пластмасс изменяются с температурой. В частности, С/о ПП изменяется с температурой по кривой с максимумом, отвечающим Тхр = —160 °С. Для ПММА изменение V и 0 при переходе через температуру Тхр было описано в предыдущем разделе. Так как практически наиболее важным для конструкционных лластмасс является интервал квазихрупкого разрушения, проанализируем результаты в температурной области выше Тхр. [c.129]

Экспериментальные данные о долговечности получены в интервале Оо—аф главным образом для квазихрупкого и в отдельных случаях для хрупкого состояния полимера. В обоих состояниях уравнение долговечности внутри интервала Оо—сгф имеет вид уравнений (6.19) или (6.24), которые по форме напоминают уравнение Журкова (5.2), но отличаются тем, что вместо эмпирического структурного коэффициента -у стоит произведение флуктуационного объема Ил на коэффициент перегрузки цепей Хо и на коэффициент концентрации напряжений 3, а вместо периода колебаний атомов Хо стоит предэкспонента А, являющаяся сложной величиной вида (6.18), зависящей от длины начальной микротрещииы /о, частоты о (или периода колебаний атомов в полимерной цепи то= о ). флуктуационного (активационного) объема оа, коэффициентов хо и р, а также от а и Г. При /о—>1 ,0 (Я,о — межмолекулярное расстояние) А—иго и р— 1, а у—> VлXo. Это значит, что при переходе от низкопрочного к высокопрочному полимеру уравнение (6.24) переходит в уравнение (5.2). [c.190]

Модель материала, на основании которой получена приведенная форл1ула, не применима в случае квазихрупкого разрушения материала в стеклообразном твердом состоянии, так как процесс разрушения сосредоточен в зоне у края исходных дефектов, и долговечность детали не определяется скоростью и интенсивностью флуктуации дефектов, распределенных в объеме детали по случайному закону [49]. Материал разрушается в зонах ограниченных размеров, и долговечность образца в значительной мере зависит от условий распространения трещины. Если эти условия не связаны с взаимодействием отдельных трещин, способных к самостоятельному развитию, что справедливо при низкой плотности исходных дефектов, то для описания процесса разрушения можно пользоваться упрощенной моделью. [c.77]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология