Трещины серебра

О природе трещин серебра и механизме их образования см. гл. 9, разд. 9.2. Свое название трещины серебра получили из-за того, что они визуально воспринимаются как эффект серебрения обратной стороны поверхности стекол,— Прим. ред. [c.10]

Рис. 1.1. Хрупкое разрушение трубы Рис. 1.3. Долговременное ослабление из ПВХ под действием внутреннего трз бы из ПВХ в результате роста давления воды [13]. трещины серебра при ползучести [13].

Математически можно определить процесс разрушения как увеличение суммарной степени связности частей образца или структурного элемента по крайней мере на единицу. Это определение включает прорыв пленок и разрыв труб, но исключает мельчайшие повреждения, вызванные трещиной серебра или разрывом цепи. [c.21]

Уже отмечалось, что ослабление полимерных материалов феноменологически может иметь различный вид — хрупкое разрушение при распространении трещин в образце, пластическое при пластическом деформировании, следующем за пределом вынужденной эластичности при сдвиге, или квазихрупкое разрушение, следующее за нормальным напряжением вынужденной эластичности (образование трещины серебра). Следует ожидать, что различные проявления ослабления материала вызваны различными значениями и видами напряжения. Это означает, что для различных явлений разрушения существуют свои поверхности ослабления, которые могут перекрывать и пронизывать друг друга. Подобные факты широко исследуются и обсуждаются в известной монографии Уорда [20] и в работах [21—34]. [c.67]

В данной главе не приводятся объяснения явления разрушения на молекулярном уровне. Однако предыдущее обсуждение уже показало, что рассмотрения трехмерного состояния напряжения недостаточно для выяснения возможной роли разрыва цепей и их распутывания при ослаблении полимеров. Это, в частности, справедливо, если учитывать явление образования трещины серебра ( нормальное напряжение вынужденной эластичности ). Тем не менее, прежде чем изучать молекулярные аспекты разрушения, следует продолжить рассмотрение общих немолекулярных теорий. [c.71]

Та же самая концепция деформирования волокна была независимо использована Бартеневым [77] для описания раскрытия и роста трещин серебра в ПММА. [c.91]

Область II усталостного разрушения характеризуется тем, что период образования зародышей трещин серебра предшествует их росту и появлению медленно, а затем катастрофически быстро растущей трещины. Данный тип усталостного разрушения наблюдается при значениях напряжения, чуть меньших напряжения о,-, при котором непосредственно начинается рост трещины серебра. Зависимость Мр от а значительно более слабая. Это приводит к тому, что при меньших значениях напряжения происходит задержка начала роста трещины серебра, а также понижается скорость медленного роста простой трещины. По-видимому, наклон кривой ( 1,4 МПа на 1 цикл Кр) будет характерен для многих полимеров [142, 153]. [c.294]

Большая выносливость в области III, по существу, представляет предельное значение выносливости материала. Зависимость Мр от а очень слабая. Начало роста трещины характеризуется очень длительным инкубационным периодом. Кроме того, анализ поверхностей разрушения при усталостном ослаблении в данной области показывает, что медленный рост трещины происходит в две фазы. В первой фазе, по-видимому, не образуются трещины серебра, а вторая подобна ослаблению в области II. [c.294]

Предыдущее рассмотрение касается полистирола, утомленного под действием полностью обратимого напряжения (а г=0, Аа = 2а). В принципе подобные рассмотрения также возможны и в отношении других полимеров и при других условиях напряжения, например при постоянном максимуме напряжения и различных значениях его амплитуды [127, 153]. Здесь следует подчеркнуть, что усталостный процесс в областях II и III проходит две фазы исходную фазу начала роста простой трещины или трещины серебра, характеризующуюся, по-видимому, однородностью свойств материала, и вторую фазу неоднородной усталости, связанную с локализованными неоднородностями материала и их ростом (усталостные трещины). Вторая фаза в свою очередь включает несколько типов роста [c.294]

Различные экспериментальные наблюдения позволяют сделать вывод о том, что длительные периоды начала роста простой трещины и трещины серебра при низких значениях напряжения не просто вызваны уменьшением вероятности образования зародыша трещины в остальном не измененного материала. Природа изменений, происходящих на молекулярном уровне в процессе утомления образца, исследовалась разными авторами (например, [138, 143—147, 153]). Так, по затуханию колебаний торсионного маятника [138, 134—144] и методом ИК-поглощения [138] были исследованы молекулярная подвижность, взаимодействие молекул и их роль в поглощении энергии путем измерений плотности и методом рассеяния рентгеновских лучей [144—146], а также путем применения образцов с различной молекулярной массой [153] были исследованы упаковка молекул и дефектность структуры, а с помощью кинетики рекомбинации захваченных свободных радикалов [146] было исследовано изменение морфологии материала. Результаты, полученные с помощью этих различных экспериментальных методов, характеризуют упорядочение молекул, но еще не позволяют получить количественные значения пределов усталости. [c.295]

Зауэр и др. [153] изучали, в частности, влияние молекулярной массы на усталость ПС и ПЭ при различных переменных напряжениях. Они обнаружили, что с увеличением молекулярной массы чрезвычайно сильно увеличивается выносливость ПС (увеличение М в 5 раз соответствует увеличению числа циклов до разрушения в 10 раз). Частично данный эффект приписывается замедлению процесса возникновения трещин серебра вследствие более низкого содержания концов цепей и большего числа перепутываний в случае большой молекулярной массы образцов. Однако наибольший вклад в увеличение выносливости определяется более высоким сопротивлением разрыву материала, содержащего трещины серебра (разд. 9.2, гл. 9). [c.302]

Явление образования трещины серебра также может рассматриваться как деформационная нестабильность (хотя и локализованная). Это явление будет рассмотрено в заключительной главе. [c.305]

В процессе образования шейки и однородной вытяжки происходит интенсивное побеление многих (прозрачных) полимеров. Природа данного явления связана с пустотами, которые образуются либо в связанном виде внутри трещин серебра (разд. 9.2, гл. 9) или полос сдвига, либо в несвязанном виде распределены в деформируемых элементах объема. Несвязанные пустоты имеются в частично-кристаллических (ПЭ, ПП) и в аморфных полимерах (ПВХ), а также в эластомерах при криогенных температурах (полибутадиеновый каучук и [c.309]

В этом разделе будет рассмотрена главным образом природа одновременного влияния на механические свойства материала механических параметров и параметров окружающей среды. Одно из самых интересных явлений в данной области — образование трещины серебра под действием окружающих условий — будет рассмотрено в заключительной главе. [c.314]

При частичном проникновении жидкости или пара в матрицу возникают градиенты концентраций, которые действительно оказывают прямое механическое действие вследствие неоднородного набухания или косвенное действие вследствие неоднородной релаксации или распределения напряжений. Подобные действия даже усиливаются в присутствии температурных градиентов и могут вызвать быстрое образование обычных трещин и трещин серебра. В случае медленного проникновения окружающей среды в однородную матрицу с достаточно перепутанными цепями вынужденные напряжения обычно снимаются упругими или вязкоупругими силами. Например, в листах поликарбоната после проведения искусственных погодных испытаний не обнаруживаются трещины даже после воздействия суровых температурно-влажностных циклов [212]. Однако за относительно короткий период, 30—32 мес, естественных погодных испытаний на стороне, обращенной к солнечным лучам, возникала сетка поверхностных микротрещин. Путем сравнения с искусственным ультрафиолетовым облучением образцов авторы работы [212] смогли показать, что фотохимическая деградация поверхностных слоев вносит дефекты в материал и снижает прочность полимера в такой степени, что вызванные физически неоднородные напряжения стимулировали образование микротрещин, а не рассасывание неоднородностей. Влияние жидкой среды на образование обычной трещины и трещины серебра будет рассмотрено в разд. 9.2.4 (гл. 9). [c.319]

В гл. 8 была рассмотрена главным образом роль перестройки пространственно-однородного распределения молекулярной структуры в процессе зарождения разрушения. Термин пространственно-однородный означает отсутствие дефектов, включений, трещин или надрезов, размеры которых достаточ.ны, чтобы служить концентраторами напряжений. При таких условиях распределение очагов повреждений и их рост на начальной стадии внешнего нагружения однородно по объему образца. В таком случае неоднородное разрушение определяется как процесс, противоположный однородному разрушению, или как процесс разрушения, вызываемого распространением трещины. В данном случае трещины, надрезы, включения пли сконцентрированные зародыши трещин действуют как концентраторы макроскопического напряжения, которые, по существу, ограничивают дальнейший рост повреждения ближайшим окружением имеющихся там дефектов. Явление образования трещины серебра включено в данную главу в связи с хорошо различимыми в ней структурными неоднородностями и несмотря на тот факт, что новые трещины серебра могут формироваться с увеличением напряжения в произвольных местах, где имеются зародыши. [c.332]

Образование трещин серебра [c.362]

Явление образования трещины серебра под действием напряжения растяжения наблюдалось во многих стеклообразных полимерах и в некоторых кристаллических полимерах. По внешнему виду трещины серебра в полимерах (рис. 9.8, а) подобны давно известным очень тонким трещинам, образующимся на поверхностях таких неорганических материалов, как керамика. Однако в отличие от обычных трещин материал в поперечном направлении трещины серебра является непрерывным (рис. 9.8, б, 9.9—9.11). Следовательно, области, содержащие трещины серебра, способны нести нагрузку в отличие от областей с обычными трещинами. Явлению образования трещин серебра в последние 30 лет уделялось все большее внимание. В 1973 г. появились два исчерпывающих обзора [76, 77] по этому вопросу. Литература, приведенная в данной монографии и включающая работы, посвященные явлению образования трещин серебра [78—178], в основном является дальнейшим развитием этих обзоров. [c.362]

Образование трещин серебра широко исследовалось по ряду причин [c.362]

Чаще всего трещины серебра образуются в аморфных, стеклообразных полимерах, таких, как ПС, сополимер стирола и акрилонитрила, ПММА, ПВХ, ПСУ, поли(2,6-диметил-1,4-фе- [c.362]

Рис. 9.8. Образование трещин серебра в политрифторхлорэтилене при постоянной нагрузке [130].

Рис. 9.9. Вновь образовавшаяся трещина серебра в тонком слоевом срезе из блока полистирола, не содержащего таких трещин трещина серебра растет слева направо в направлении, перпендикулярном к направлению одноосного напряжения растяжения.

Рис. 9.10. Электронная микрофотография центральной части трещины серебра, подобной показанной на рис. 9.9. (С разрешения Халла [ 06].)

Рис. 9.11. Схематическая диаграмма изменения структуры трещины серебра в полистироле по мере увеличения ее ширины угол при вершине трещины серебра увеличен, а масштаб в области г больше, чем в областях а—в [115].

Морфология трещин серебра в стеклообразных полимерах [c.365]

Оптическое и механическое изучение влияния различных переменных параметров, таких, как величина и длительность напряжения, на процесс начала роста и развития трещины серебра [c.365]

Результаты исследований методом рассеяния рентгеновских лучей и методом электронной микроскопии позволяют предположить, что пустоты, содержащиеся в трещине серебра, распределены в виде взаимосвязанных полостей сферической формы, типичные размеры которых 10—20 нм. На кривых напряжение—деформация, полученных для материалов с трещинами серебра, выявляется предел вынужденной эластичности, при превышении которого начинается течение материала, обратимое до значений деформации 40—50% при напряжении 41—55 ЛШа. При возврате к нулевому напряжению материал с трещиной серебра характеризуется обратимостью ползучести с замедляющейся скоростью [c.365]

Здесь будут рассмотрены предельная деформация цепей, кинетика образования свободных радикалов механическим путем и их реакций, начало роста и распространение обычных трещин, трещин серебра , а также дано объяснение сопротивления и критического коэффициента интенсивности напряжений и удельной энергии разрушения с точки зрения представлений о молекулярной структуре. Хотя основной интерес представляют именно эти вопросы, оказалось невозможным привести всю литературу по перечисленным проблемам. Автор заранее просит извинить его за все намеренные и случайные пропуски, которые будут обнаружены. Во веяком случае, в этой книге упоминается известная литература по морфологии, вязкоупругости, деформативности и разрушению полимеров. Надеюсь, что для объяснения разрушения полимеров с точки зрения молекулярных представлений она будет полезным дополнением к данной монографии. [c.7]

Предыдущие утверждения относительно задач исследования разрушения хорошо иллюстрируются на примере твердого поливинилхлорида (ПВХ) (рис. 1.1 —1.3). Образцы труб для воды подвергаются хрупкому разрушению под действием внутреннего давления при высоком значении касательного напряжения, частично пластическому разрушению — при умеренных значениях напряжения, действующего в течение длительного времени, и разрушению, обусловленному ростом термических трещин (трещин серебра образующихся при ползучести),— при низких значениях напряжения, действующего очень длительное время. Тремя процессами, вызывающими разрушение труб в данных трех примерах, являются соответственно быстрое вытягивание дефектов, течение материала и термоактивационный рост дефектов. Во всех трех процессах элемент объема, в котором вызывается разрушение, конечен следовательно, неоднородные деформации должны быть локальными. Ниже мы рассмотрим природу подобной неоднородной деформации предположительно однородного материала и попытаемся объяснить ее. [c.10]

Понятна важность первой задачи в связи с реш-ением второй. Для описанного примера разрушения труб из ПВХ известно, что при умеренных временах воздействия нагрузки срок службы трубы ограничен ее ползучестью. Поэтому желательно понизить скорость ползучести путем увеличения твердости материала. Однако в таком случае будут созданы условия для распространения трещин и, возможно, для начала роста трещин серебра и таким образом будут снижены, допу- [c.10]

Рпс. 1.7. Поверхность трещины серебра, образовавшейся в трубе из ПЭВП в условиях, соответствующих точке В на рпс. 1.5 [c.14]

Даже при таких малых деформациях кажущийся модуль Юнга зависит от скорости деформирования. Это указывает, что Е неоднозначно определяется энергией упругого деформирования угловых связей в цепях, длиной связей и межмолеку-лярными расстояниями, но, кроме этого, характеризуется чувствительностью ко времени смещений атомов и небольших атомных групп. В следующей области деформации (1—5%) напряжение и деформация уже не пропорциональны друг другу. Здесь происходят структурные и конформационные перестройки, которые обратимы механически, но не термодинамически. В этом случае говорят о неупругом (вязкоупругом в узком смысле), или параупругом, поведении. За пределом вынужденной эластичности начинается сильная переориентация цепей и ламеллярных кристаллов, а сам процесс обычно носит название пластическое деформирование . Под чисто пластическим деформированием можно понимать переход от одного равновесного состояния к другому без внутренних напряжений. Последнее особенно важно в связи с тем, что следующая после предела вынужденной эластичности деформация связана главным образом с механически обратимыми неупругими конфор-мационными изменениями молекул, а не с их перемещением друг за другом. До тех пор пока не достигнуто состояние равновесия с помощью соответствующей термообработки, сильно вытянутые образцы могут в значительной степени возвращаться в исходное состояние после снятия напряжения. Исходя из содержания настоящей книги, основное внимание следует уделять не процессам, вызывающим или сопровождающим молекулярную переориентацию (которая в основном понимается как эффект упрочнения), а процессам повреждения, т. е. разрыва цепи, образования пустот и течения. Последние процессы постепенно нарастают в области деформаций сразу же за пределом вынужденной эластичности вплоть до окончательного разрушения. К числу процессов, вызывающих повреждения, следует также отнести явление вынужденной эластичности при растяжении или образование трещины серебра в стеклообразных полимерах, которые будут рассмотрены в гл. 9. [c.38]

Применение механики разрушения к вязкоупругой среде ограничивается отклонением от условия бесконечно малой деформации вследствие молекулярной анизотропии, локальной концентрации деформаций и зависимости напряжения и деформации от времени. Эта теория эффективна при исследовании распространения трещин. Аналитическое обобщение работы Гриффитса на линейные вязкоупругие материалы было предложено Уильямсом [36] и несколько раньше Кнауссом [37]. В гл. 9 будет дан более подробный расчет распространения трещины с позиций механики разрушения. Будут рассмотрены морфологические аспекты разрушения и влияние пластического деформирования, зависящего от времени, возникновения и роста трещины серебра и разрыва цепи на энергию когезионного разрушения полимеров. [c.72]

Характерное поведение хрупких полимеров при ударе удобно представить на примере полистирола. Рамштайнер [105] совсем недавно провел калиброванное испытание на удар на стандартных брусках полистирола. Обследование разрушенных образцов показало, что образцы ослаблены вследствие быстрого распространения трещины, образующейся в зоне растяжения с более или менее значительными трещинами серебра. Длина самой большой трещины серебра обычно совпадает с длиной зеркальной зоны поверхности разрушения. Кривые сила—отклонение, полученные путем такого калиброванного испытания на удар, выявляют слабонелинейный рост нагрузки в течение 1 мс, за которым следует резкое падение до нуля менее чем за 50 мкс (рис. 8.24). [c.271]

Механизмы деформирования в процессе быстрого нагружения могут быть истолкованы следующим образом деформирование однородно вплоть до значения напряжения, при котором начинают расти трещины серебра напряжение образования подобной трещины зависит от молекулярной массы полимера, обработки образца, времени и температуры (гл. 9). Для описанных выше эксперпментов было бы разумно предположить, что трещины серебра начинают расти по достижении нагрузкой 60—70 % ее максимального значения для данного материала. Максимум нагрузки соответствует ее значению, при котором происходит быстрое распространение трещины. [c.272]

Одновременно используя некоторые из этих методов, Сикка [144] смог выявить некоторое молекулярное упорядочение при однородной усталости. При циклическом растяжении он вызывал утомление тонких пленок (толщиной 0,075 мм) полистирола ( трайсайт ) и поликарбоната. Затем он исследовал эти пленки методами ИК-спектроскопии с разверткой фурье-спектра (ИКФР) и механической спектроскопии, а также методом дифракции рентгеновских лучей. Утомленные образцы ПС исследовались путем сканирования на электронном микроскопе с целью обнаружения трещин серебра, которые могли [c.295]

Детальное рассмотрение предыдущих результатов, по-видимому, также дает представление о данных других авторов. Боуда и др. [138] получили для ПА-6 и ПММА уменьшение плотности в зависимости от числа циклов, которое они приписывали образованию микропустот. Уменьшение теплоемкости ПММА в интервале температур 350—400 К, уменьшение tgб при температуре 93 К (1 Гц) и увеличение модуля сдвига С в интервале температур 100—250 К (когда не возникали трещины серебра), по-видимому, указывает на локальную объемную концентрацию неоднородностей в процессе усталости. [c.301]

Прочность и механика разрушения полимеров (1984) -- [ c.69 , c.70 , c.72 , c.83 , c.131 , c.137 , c.167 , c.184 , c.211 , c.213 ]

Полимерные смеси и композиты (1979) -- [ c.324 , c.334 , c.369 ]

Высокодисперсное ориентированное состояние полимеров (1984) -- [ c.23 ]

Структура и механические свойства полимеров Изд 2 (1972) -- [ c.0 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология