Теоретическая прочность и молекулярная масса

Теоретическая прочность существенно зависит от структуры полимера и, в частности, от степени молекулярной ориентации. Для предельно ориентированного полимера при малых молекулярных массах, когда разрушение идет не за счет разрыва химических связей, а путем относительного сдвига полимерных цепей и преодоления межмолекулярных сил, теоретическая прочность зависит от молекулярной массы. При больших молекулярных мас сах разрушение происходит путем разрыва полимерных цепей. Расчеты прочности последних сделаны пока для полиэтилена и капрона [5]. Для этих полимеров в предельно ориентированном состоянии теоретические прочности в направлении ориентации соответственно равны 3,52-Ю и 3,00-10 МН/м2, а в поперечном направлении — 0,26-10 МН/м (для капрона). [c.282]

Приведенное значение теоретической прочности вдоль оси ориентированного капрона относится к достаточно длинным полимерным цепям (большой молекулярной массе полимера), когда число концов цепей в образце ничтожно мало. С уменьшением молекулярной массы М число цепей возрастает, и часть цепей в каждом поперечном сечении не участвует в разрывах химических связей. При достаточно низкой молекулярной массе при разрыве полимера рвутся только межмолекулярные связи между концевыми частями полимерных цепей. Это приводит к тому, что для капронового волокна, например, теоретическая прочность с уменьшением М снижается от 30 до 2,6 ГПа. Прочность неориентированного капрона с уменьшением Л1 снижается от 11,8 до 2,6 ГПа. [c.17]

Волокна — наиболее прочная форма полимеров, как это показано в табл. 9.1 они успешно выдерживают сравнение (в расчете на массу материала) с самыми прочными неполимерными материалами. Как мы уже видели, такая большая прочность связана с высокой степенью молекулярной ориентации. Сама по себе полимерная цепь, построенная обычно из С—С-связей, очень прочна, однако прочность образца в перпендикулярном направлении низка из-за сравнительно слабого межмолекулярного взаимодействия. Упорядочивая расположение цепей в направлении оси волокна, мы максимально используем прочность самих макромолекул. Однако даже у наиболее сильно ориентированных волокон часть молекул остается в некристаллических областях, где степень ориентации либо несовершенна, либо вообще отсутствует. Весьма вероятно, что разрушение начинается именно с этих областей, характеризующихся меньшей степенью ориентации. Скорее всего именно это, а не поверхностные трещины и дефекты является причиной того, почему реальные волокна не обнаруживают теоретическую прочность, рассчитанную с учетом расположения цепей в кристалле. [c.191]

В поперечном направлении теоретическая прочность при любой молекулярной массе полностью определяется межмолекулярным взаимодействием. [c.43]

ТАБЛИЦА УП1.1. Теоретическая прочность полимеров с различными молекулярными массами [17] [c.232]

В однокомпонентных порошкообразных системах процессы рекристаллизации и спекания—тесно связанные явления, которые по кинетике не отличаются от химических реакций и могуТ трактоваться по аналогии с ними Вещество на краях и углах зерен порошка химически более активно, чем в массе твердой кристаллической фазы, так как поверхность структуры всегда характеризуется свободными силами валентности. Они могут быть насыщены или за счет новых связей при химических реакциях, или за счет рекристаллизации как средства упорядочения структуры материала. Конечно, весьма важно знать, в каком состоянии находятся твердые фазы — в кристаллическом или стекловидном и каково соотношение ковалентных и ионных связей в окислах и силикатах (см. А. I, 3 и ниже) на поверхности реагентов. Поверхность кристаллов, особенно в очень тонких порошках, всегда ближе к аморфно-стекловидной структуре, т. е. она имеет больше ковалентных и меньше ионных связей, чем внутренняя часть массы плотной кристаллической фазы. Это свойство приобретает особенно большое значение, если в структуре находятся многочисленные молекулярные дефекты — трещины, посторонние включения и т. д. (теоретическое обоснование влияния дефектов кристаллической структуры на механическую прочность и другие свойства твердых тел впервые дано Смекалом см. А. II, 286 и ниже). Поэтому слабые связи в неупорядоченных поверхностных слоях — одна из основных причин, определяющих появление текучести твердых веществ, намного ниже точки плавления или условного интервала размягчения твердых стекол. [c.694]

Продолжающиеся в эюй области исследования, несомненно, завершатся новыми разработками. Например, уже известно, что зигзагообразные молекулярные цепи позволяют достичь гораздо большей упругости, чем спиральные структуры. Полиэтилен в 10 раз превосходит сталь по отношению предел прочности/масса. Теоретически это отношение можно увеличить еще в 5 раз. Как это сделать, покажут дальнейшие исследования. [c.83]

В иоперечном направлении теоретическая прочность при всех молекулярных массах определяется межмолекулярным взаимодействием. [c.244]

Согласно концепции Шишкина, и прочность не должна зависеть от степени ориентации. Но известно [3.25], что хрупкая прочность сильно зависит от ориентации, и это понятно чем больше ориентация, тем большая часть рвущихся целей находится в направлении оси волокна. Поэтому в высокопрочном состоянии при переходе от неориентированного к предельно ориентированному состоянию хрупкая прочность должна возрастать в три раза. Далее, очевидно, что у ориентированного полимера с молекулярной массой М—>100 разрушение может происходить только при разрыве цепей. Практически эта ситуация реализуется для промышленных полимеров (М>10 ). Макромолекулы достаточно длинны, чтобы не наблюдалось их скольжение без разрыва цепей. Далее, если прочность полимеров определяется силами межмолекулярного взаимодействия, то расчет теоретической прочности должен производиться по формуле Орована Е, где Е — модуль Юнга (см. гл. 1). Модуль упругости твердых полимеров определяется межмолекулярными взаимодействиями. Для капроновых волокон = 2,5 ГПа и поэтому сгт = 0,25 ГПа, что намного ниже реальных значений ар. Поэтому правильный расчет а должен основываться на гипотезе разрыва химических связей. [c.51]

В приближении Юнга а может рассматриваться как характеристика способности полимера к смачиванию им поверхности субстрата, а -как фактор, препятствующий этому процессу вследствие сохранения первоначальной формы растекающегося тела. Поэтому между величиной а и эффективностью межфазного взаимодействия должна наблюдаться антибат-ная зависимость при условии превалирующего влияния диффузионного механизма, т. е. при отсутствии заметного активационного барьера на границе раздела фаз при адгезионном контакте. В справедливости такого вывода убеждают результаты изменения сопротивления расслаиванию адгезионных соединений трех эластомеров группы СКН (фракция с минимальным значением молекулярной массы) с полиизобутиленом-35 Н/м для СКН-18 75 Н/м для СКН-26 и 70 Н/м для СКН-40 [16]. Иными словами, по мере снижения прочности адгезионных соединений эти эластомеры располагаются в ряд, точно отвечающий теоретическому. Аналогичный вывод следует из сопоставления значений а различных полимеров с литературными величинами Ррас для адгезионных соединений полиэтилена, полиизобутилена и полиэтилентерефталата. Для полиэтилена (адгезивы-полиизопрен, полибутадиен, полиизопрен, СКС-30 и СКН-40 [516]), полиизобутилена (адгезивы-натуральный каучук, СКС-30, СКН-18, СКН-26 и СКН-40 [568] и полиэтилентерефталата (адгезивы-полиэтилен, поливинилацетат, полиизопрен, СКС-30 и СКН-40 [569]) коэффициенты [c.125]

Внутренние силы в конечном счете складываются из сил сцепления и отталкивания, действуЮ1пих между люлекулами, коллоидными и микроскопическими частицами, составляющими тела. Связь этих сил с обычны.ми. механическими силами в большинстве случаев имеет весьма сложный характер. Она выяснена достаточно полно только для наиболее простых и однородных тел. Так мо-лекулярно-кинетическая теория позволяет вычислить давление и внутреннее трение разреженных газов, исходя из величины массы молекул и температуры. Что же касается реальных твердых тел, то теория еще не в состоянии в полной мере связать молекулярно-кинетические свойства с механическими. Это объясняется сложностью строения реальных тел и влиянием ряда факторов, которые не учитываются теорией. Для примера укажем на техническую прочность кристаллов. Она в десятки и сотни раз меньше теоретической. А. Ф. Иоффе [3] показал, что это зависит от образования микротрещин, по которым идет разрушение кристаллов под нагрузкой. Еще меньше воз.можностей для вычисления внутренних механических сил дают молекулярно-кинетические теории аморфных тел и дисперсных систем. В самые последние годы достигнуты некоторые успехи в области теории механических свойств таких тел, но они еще далеки от своего завершения. Пока мы вынуждены ограничиваться лишь частными законо.мерностями, связывающими отдельные механические свойства тел со свойствами их молекул и частиц. Некоторые из этих зависимостей рассмотрены ниже. [c.21]