Статическая усталость полимеров

Изменение межмолекулярного взаимодействия может, влияя на рост напряжения и упрочнение с увеличением деформации, привести к сдвигу в область больших или меньших деформаций. Можно грубо оценить роль этого фактора, рассмотрев для наглядности графическую схему возникновения и сдвига г, , представленную на рис. 180. На этой схеме кривая 1 отражает гипотетическую зависимость -с от в при условии неизменности структуры резины в области разных деформаций. С ростом е величина х уменьшается (из-за одновременного увеличения с). Вследствие того, что фактически с ростом деформации происходит ориентация и упрочнение полимера, т должно возрастать. Влияние упрочнения определяется гипотетической кривой 2. В результате суммирования значений х на кривых / и 2 при соответствующих деформациях получается реально наблюдаемая зависимость т от е с минимумом—и максимумом—(кривая 5). При увеличении межмолекулярного взаимодействия сопротивление статической усталости будет возрастать и кривая 1 перейдет в кривую 4. а ориентация с ростом деформации будет затрудняться и кривая 2 перейдет в кривую 5. Р1 то и другое должно привести к сдвигу е,, 3 сторону большей деформации (кривая 3 переходит в кривую 6). И наоборот, с ослаблением межмолекулярного взаимодействий [c.323]

Снижение напряжений для > I (рис. 5.17), т. е. о< 1/а, вызывает уменьшение кривизны кривой 1)=г з( ). При о—>-0 она вырождается в прямую г з=1. В этих условиях и возникает широко распространенная разновидность статической усталости полимеров, которую в инженерной практике обычно называют термином старение [13]. Уже ири о > О, когда иагрузка изменяется в диапазоне О а Ос, экспоненциальная временная зависимость хрупкой прочности полимеров (5.105) фактически трансформируется в гиперболическую [c.190]

Временная зависимость прочности полимеров, рассмотренная в предыдущих разделах, наблюдается при действии на материал постоянных нагрузок (напряжений). Это явление было названо статической усталостью или длительной прочностью материала [12 11.31]. Результаты экспериментальных и теоретических исследований статической усталости полимеров являются фундаментальными в выяснении природы и механизмов разрушения этих материалов, а также для инженерной оценки и прогнозирования долговечности изделий. [c.329]

В близкой связи с процессами старения находятся явления утомления и усталости полимеров. Утомление, наступающее в результате многократной деформации — динамическое утомление или длительного нахождения полимера в напряженном состоянии — статическое утомление, вызывает постепенное изменение свойств материала, называемое усталостью. Эти изменения могут вначале иметь как обратимый, так и необратимый характер, но, накапливаясь, всегда приводят к необратимым явлениям, которые заканчиваются разрушением полимерного образца. Утомляемость чаще всего измеряется числом циклов (ЛГ) деформации, приводящим к разрущению полимерного материала (выносливость) приложенная при этом нагрузка представляет собой усталостную прочность, которая снижается с увеличением N. [c.645]

Для того чтобы оценить, в чем сходство и особенности процессов коррозионного растрескивания и статической усталости полимеров, следует напомнить основные представления о статической усталости [c.71]

Выше рассмотренное явление падения прочности во времени, получившее название статической усталости связано с тем, что возможны образование и рост трещины при напряжениях, которые меньше теоретической прочности (см. с. 419). Однако в этих условиях скорость распространения трещин или надрывов настолько мала, что разрушение образца наступает только по истечении более или менее длительного промежутка времени. При достаточно низких температурах, разных для различных полимеров, когда величина долговечности сравнительно велика, статической усталостью можно пренебречь [c.424]

Его физически невозможно исключить, поскольку температура характеризует основное свойство материальных систем, связанное с их тепловым движением. Поэтому, анализируя разрушение полимеров главным образом под влиянием температуры и нагрузки, необходимо рассмотреть и предельный случай, когда внешняя механическая нагрузка отсутствует и наблюдается разновидность статической усталости— старение [13]. Напомним, что кинетическая концепция прочности твердых тел постулирует адекватность термического и механического факторов хрупкого разрыва. Это обстоятельство учитывается феноменологической моделью [35], описывающей также процесс старения. [c.157]

Недостатком теории Гриффита является то, что она не учитывает термофлуктуационные процессы, развивающиеся в полимерах при деформации, влияние которых зависит от времени приложения напряжения и скорости его действия. Многочисленные исследования показали, что при данном разрушающем напряжении прочность тела зависит от времени действия нагрузки. Временная зависимость прочности, получившая название статической усталости, наблюдается в металлах, ионных кристаллах, силикатных стеклах, полимерах, т. е. в материалах различной природы и структуры. [c.216]

При термическом растрескивании морфологические из.менения. которые происходят внутри полимера под воздействием теплоты, сказываются на ухудшении его прочностных свойств до такой степени, что материал в результате не. может нести никакой нагрузки. Тогда происходит разрушение, начинающееся в местах внутренних дефектов. Разрушение может произойти под воздействием или внешних или внутренних напряжений, но обычно и.меется сочетание тех и других. Существенную роль, как и в других типах растрескивания, играет молекулярный вес, но с увеличением л<есткости основным фактором становится модуль упругости термическое растрескивание обычно наблюдается у более жестких материалов. Статическая усталость может рассматриваться как форма термического растрескивания, происходящего при обычных те.мпературах и постоянной нагрузке. Часто трудно отличить этот вид растрескивания под напряжением от других. [c.375]

Значение порога концентрации зависит от соотношения механической и химической стойкости резины, т. е. от сопротивления статической усталости и коррозионной стойкости. Для одного и того же полимера значение Рс будет уменьшаться с повышением агрессивности среды, так как т постоянно, а одно и то же значение т т будет достигаться при все меньших и меньших концентрациях агрессивного агента (рис. VI.8). Так, разрушение вулканизата из СКС-30-1 (MgO) в уксусной кислоте резко ускоряется при концентрации кислоты 4 10" ммоль моль, а в соляной кислоте — при концентрации в 100 раз большей. [c.145]

При циклических деформациях полимеров, а также при их контактировании с движущимися твердыми поверхностями или взвесями твердых частиц происходит многократное наложение напряжения, что вносит определенную специфику в закономерности разрушения При многократных деформациях существенную роль в усталости полимеров играет большая неравномерность в распределении напряжений (по сравнению с действием статического напряжения), а при больших частотах — выделение теплоты и ускорение релаксационных процессов при воздействии взвешенных в газе или жидкости твердых частиц на сопротивляемость полимера разрушению сильно влияют упругие свойства. Закономерности, характеризующие эти процессы в присутствии агрессивных сред, [c.167]

Влияние концентрации агрессивной среды на износ резин в пульпах. При износе, так же как при статической усталости, имеется порог концентрации (рис. VII.13). Однако если при коррозионном растрескивании Pq лежит в области сравнительно малых концентраций (10 —1% для уксусной и соляной кислот, резины из СКС-30-1, вулканизованные MgO, а также серой), то при износе в пульпе Pq находится в области концентраций —10%. Это связано с тем, что, во-первых, разрушение в данном случае происходит без растрескивания, а это уменьшает чувствительность полимера к действию агрессивной среды (ср. кривые 4 и 5, рис. VII.13), и, во-вторых, оно идет, по-видимому, нри большем напряжении, чем при действии статического напряжения, а с увеличением напряжения Pq также увеличивается. [c.187]

Процесс коррозионного растрескивания состоит из взаимосвязанных стадий химического разрыва молекул из-за их взаимодействия с агрессивной средой и раскрытия трещин под влиянием напряжения. Скорость последнего процесса определяется подвижностью молекул полимера, т. е. его релаксационными свойствами. Установленная связь между статической усталостью и коррозионным растрескиванием позволяет объяснить увеличение скорости роста трещин при деформации >ек одновременным действием нескольких факторов [c.148]

Детальное феноменологическое исследование явления утомления различных волокон проведено в работе [П]. На рис. 8.5 приведены зависимость долговечности капроновых волокон от напряжения для статического и циклического режимов нагружения. Как видно из рисунка, по мере увеличения температуры расхождение между з.начениями статической и циклической долговечности уменьшается. Эти данные говорят о том, что явление усталости полимеров имеет релаксационную природу. При соответствующем подборе режима циклического нагружения удалось добиться полного совпадения значений статической и циклической долговечности. На основании проведенных экспериментов [c.231]

Итак, при утомлении тонких образцов под действием больших напряжений время сопротивления утомлению возрастает с усилением межмолекулярного взаимодействия. Наблюдаемая зависимость времени сопротивления утомлению от максимального напряжения аналогична зависимости для статической усталости. При условиях утомления, соответствующих определяющему влиянию химических процессов, усиление межмолекулярного взаимодействия сопровождается, наоборот, уменьшением сопротивления утомлению. Таким образом, в зависимости от того, какие процессы определяют прочность полимеров в конкретных условиях эксплуатации, влияние определенных факторов (в рассмотренном примере межмолекулярное взаимодействие) может быть прямо противоположным. [c.149]

Совершенно определенно установлено, что набухание полимеров, изменяя межмолекулярное взаимодействие, резко влияет на прочность . Было показано, что при режимах утомления, характеризующихся малыми значениями напряжения, энергетические затраты на активацию химических процессов, приводящих к разрушению вулканизата, возрастают с увеличением энергии межмолекулярного взаимодействия. При режиме утомления, характеризующемся малым напряжением, увеличение межмолекулярного взаимодействия сопровождается уменьшением сопротивления утомлению. При утомлении вулканизатов под действием больших напряжений изменение сопротивления утомлению (в результате варьирования межмолекулярного взаимодействия) коррелируется с изменением статической усталости. [c.179]

Механическая прочность характеризует способность тел противостоять разрушающему действию внешних механических сил. Одной из наиболее фундаментальных прочностных характеристик полимера является долговечность — продолжительность времени от начала нагружения до разрушения полимера, связанная с величиной приложенной нагрузки и температурой и называемая температурно-временной зависимостью прочности или долговременной прочностью. Если происходит разрушение полимера под действием постоянной нагрузки, то это явление называют статической усталостью или замедленным разрушением. [c.86]

Центральным разделом книги является пятая глава, в которой развиваются современные представления о механике разрушения полимеров. Весьма плодотворным представляется феноменологический аспект этой проблемы, оперирующий критерием структурной поврежденно-сти. Не менее важна и шестая глава, в которой анализируются основные разновидности статической усталости полимеров, включая старение. [c.6]

ВЛИЯНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ШАКТОРОВ НА КОРРОЗИОННОЕ РАЗРУШЕНИЕ И СТАТИЧЕСКУЮ УСТАЛОСТЬ ПОЛИМЕРОВ [c.87]

При действии переменных, в частности периодических или циклических, нагрузок процессы разрушения полимеров ослонсняются действием ряда факторов, не наблюдаемых при статической усталости. Снижение прочности материала под действием переменных нагрузок принято называть динамической усталостью материала (или просто усталостью). [c.329]

Значение порога концентрации зависит от соотношения ме- <анической и химико-механической (пропорциональной химической) стойкости резины, т. е. от сопротивления статической усталости и коррозионной стойкости. Для одного и того же полимера значение будет уменьшаться с повышением агрессивности среды, так как постоянно, а одно и то же значение будет достигаться при все меньших и меньших концентрациях агрессивного агента (рис. 198). Так, разрушение вулканизата СКС-30-1 (MgO) в уксусной кислоте начинает резко ускоряться при концентрации кислоты 4-10 ммоль1моль, а в соляной кислоте—при концентрации в 100 раз большей. Это объясняется тем, что уксусная кнслота в водном растворе по отношению к вулка-низату СКС-30-1 (MgO) значительно более агрессивна, чем соляная . Можно было ожидать, что озон будет действовать на этот вулканизат гораздо сильнее, чем уксусная кислота. Это связано тем. что, во-первых, озон действует в газовой фазе, а пе в рас- [c.341]

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]

Кинетическая модель. Опыт показывает, что прочность твердых тел зависит не только от температуры, но и от времени действия нагрузки. Так, образец, разорванный (при Т — onst) за короткое время, обладает повышенной прочностью по сравнению с таким же образцом, разорванным за больший промежуток времени. Зависимость прочности от времени при статической нагрузке, получившая название статической усталости материала, наблюдалась многими исследователями в стеклах, полимерах, металлах, ионных кристаллах и т. д. Влияние времени на прочность модель Гриффитса не объясняет. В модели Инглиса—Зинера временная зависимость прочности связывается с перераспределением со временем напряжения в отдельных областях напря- [c.182]

Из изложенного следует, что закономерности динамической и статической усталость резины одинаковы, но статический режим испытания является более мягким по сравнению с динамическим. Неслют-ря на то, что в сгатическил условиях резина находится все время в напряженном состоянии, ее разрушение происходит значительно позднее, чем npi динамических испытаниях, когда резина находится в напряженном состоянии лишь часть времени. Это объясняется, во-первых, тем, что при периодических нагрузках перенапряжения на микродефектах не успевают отрелаксировать за время каждого цикла нагружения, тогда как при статической нагрузке они с течением времени выравниваются и приближаются к равновесному значению Во-вторых, разрушение полимеров при многократных деформациях ускоряется механически активированными химическими ироцесеами . [c.208]

Прн растрескивании и разрыве полимерных материалов в отсутствие химического взаимодействия должны преобладать процессы разрушения химических связей под действием напряжения. В присутствии химически активной среды дело обстоит сложнее. Помимо процессов, сопровождающихся разрывом химических связей, идут реакции присоединения, замещения и др., ие вызывающие деструкции молекул полимера. Поэтому не во всех случаях одновременное воздействие химически активной среды и напряжения вызывает характерное для явления статической усталости растрескивание резин в направлении, периендикуляр-ном направлению растяжения. Например, если происходит очень интенсивное взаимодействие полимера со средой, сопровождающееся полным химическим перерождением материала (наиример, действие концентрированной азотной кислоты на НК), на его [c.274]

При малых деформациях и активной среде а=0 и с=0. При больших предразрывных деформациях в условиях сильной ориентации полимера существенную роль начинает играть разрыв химических связей, с приобретает ощутимые значения и, так как i/g очень велика, то U при этом возрастает. Наиболее сильное увеличение U наблюдается при деформациях, превышающих области, где скорость процесса разрущения в значительной степени определяется механическим разрушением резины, ее статической усталостью. Это имеет место как для резин из НК и наирита в озоне для НК и наирита лежит в области 5>400—500%), так и для вулканизата СКС-30-1 (MgO) в растворе НС1 находится в области г>300%). В вулканизате СКС-30-1 (MgO) при больших деформациях, помимо связей Ме—О, должны рваться связи С—С, а в вулканизате с МуО и тиурамом—более слабые серные связи. Вследствие этого энергия активации разрушения во втором случае должна быть меньше. чем в первом. Опыт подтверждает это (см. табл. 25, п. 5 и 18). [c.358]

Op, измеренного стандартным способом. Решающим в этом случае оказывается время, в течение которого полимерный образец находится под нагрузкой. Если это время достаточно велико, то разрушение в ряде случаев может произойти при напряжениях, много меньших Ор. Время от момента нагружения образца до его разрушения называется долговечностью материала. Долговечность т является важной характеристикой прочностп. Обычно при экспериментальном изучении долговечности напряжение поддерживается постоянным (а = onst). Если это условие не выполняется, то временная зависимость прочности при статической нагрузке характеризует статическую усталость. Временная зависимость прочности при динамической (чаще всего периодической) нагрузке характеризует динамическую усталость. Поведение материала в момент разрушения описывают величиной максимальной относительной деформации 8р, имеющей место при разрыве. Величина относительной деформации ер зависит от вида деформации, скорости деформации и температуры и в значительной степени от структуры и физических свойств материала. При хрупком разрушении ер составляет сотые доли процента. При разрушении полимера, находящегося в высокоэластическом состоянии, ер может достигать нескольких сотен процентов. [c.285]

Первые исследования, установившие природу различия между статической и динамической усталостью, выполнены на сшитых эластомерах (резинах). Для полимеров, но-виднмому, впервые в работе 7.47] было обращено внимание на релаксационную природу различия результатов испытаний в статическом и динамическом режимах. Ранее причиной различия считали старение полимера, ускоренное напряжением. Для сшитого эластомера, хорошо защищенного от процессов старения противоста-рителями, закономерности динамической и статической усталости аналогичны 7.47] между временем разрушения т и напряжением сг = соп81 при статическом режиме и между временем до разрушения Тц и максимальным напряжением сгтах за каждый цикл при циклическом режиме справедлив степенной закон вида [c.214]

Анализ имеющихся данных о закономерностях разрушения различных материалов под влиянием напряжения в присутствии агрессивных сред п без них показывает, что коррозионное растрескивание является одним пз видов статической усталости материала, резко ускоряемой воздействием среды. Хотя механизм разрушения связей при растрескивании металлов, твердых и эластических цоли-меров различен, общим в этом процессе является само ослабление связен под действием внешнего агента, локальное развитие разрушения пз-за микронеоднородности материала, рост трещин поперек поля напряжений в отсутствие ориентации и вдоль поля напряжений в ориентированном полимере (резппы поликарбонат полиамиды фторопласт ). [c.71]

Эти данные показывают, что изменение количества трещин при увеличении е, не является обязательным условием наличия 8 . Существование 8к связано с изменением степени ориентации полимера при деформации и его упрочнением. Это подтверждается тем, что аналогичное явление обнаружено при исследовании раздира резин с одним надрезом в отсутствие озона а также при статической усталости проколотой резины из наирита и при определении длительной прочности полиэтилена По-видимому, такого же рода изменение структуры при деформации лежит в основе наблюдавшейся при многократных деформациях в воздухе экстремальной зависимости выносливости резин (ненадрезанные образцы) от статической составляющей деформации выносливость проходит через минимум нри некотором значении статической составляющей деформации 8] т1п- То же явление наблюдалось при утомлении проколотых образцов резин из НК, СКБ, СКС-30,- наирита и бутилкаучука Характерно, что последовательность значений б]ут1п Для ряда резин такая же, как и значений при озонном растрескивании, т. е. д.чя резин из НК она меньше, чем из наирита, а для резин из наирита меньше, чем из бутилкаучука. [c.128]

Фактической же основой кинетической теории механического разрушения явились экспериментальные данные по временной и температурной зависимости прочности твердых тел. Еще в 20-х, 30-х и 40-х годах были опубликованы работы, в которых наблюдалась и обсуждалась зависимость прочности от длительности действия нагрузки [27—48]. Оказалось, что при заданном напряжении прочность зависит от длительности пребывания исследуемого материала в напряженном состоянии. Как правило, образец, разорванный за короткое время, обнаруживает повышенную прочность по сравнению с таким же образцом, разорванным медленно. Временная зависимость прочностн при статической нагрузке, получившая название статической усталости материала, наблюдалась многими исследователями (см., например, работы [27—38, 43, 45—48] и другие). Такое явление было обнаружено в силикатных стеклах [32—34], в полимерах ацетилцеллюлозе [36, 37], органическом стекле [43], текстильных волокнах [28, 29, 35] в металлах, особенно при высоких температурах [27, 45—48], и у монокристалла каменной соли выше 350 °С [30, 31]. [c.12]

Глур указывает , что соотношение Ларсона — Миллера, выведенное для металлов, можно использовать для предсказания срока службы пластмассовых изделий на основании минимального количества данных. Его поддерживают Гаубе, Ричард и др., которые предсказали вероятный срок службы трубок на основании испытания образца в течение нескольких сот часов Замечания, сделанные ранее по поводу предотвращения или уменьшения термического растрескивания, в равной мере относятся и к статической усталости, за исключением того, что в последнем случае необходи.мо выбирать материал с максимальной прочностью (с учетом и других свойств). Это понятно, так как разрушение в результате статической усталости тесно связано с прочностными свойствами полимера. [c.371]

Так как перераспределение напряжения происходит даже при релаксации, оно несомненно должно наблюдаться во время ползучести образца при постоянной нагрузке. Замедленный хрупкий разрыв , т. е. статическая усталость, может в общем рассматриваться как макроскопическая последовательность крайне локализованных процессов релаксаций напряжения. Поле сил, в котором находятся определенные участки материала, не может ре-лаксировать так быстро, следовательно, тело накапливает энергию деформации сдвига. Зенер заметил сходство этой картины с ажурной группировкой кристаллических зерен в поликристаллических металлах, в которых селективная пластичность, наблюдаемая внутри индивидуальных зерен до нагружения тела, при его растяжении постепенно передается комплексному блоку зерно—граница зерна, который по стерическим причинам не может релак-сировать. Бики предполагал, что статическая усталость вязко-упругих стеклообразных полимеров обусловлена релаксацией сегментов, которые вызывают перераспределение напряжения в направлении определенных статических первично связанных цепей, которые, прочнее своих соседей, так как благодаря чисто случайным обстоятельствам ориентированы параллельно растягивающему усилию. [c.279]