Эластомеры разрушение при растяжении

Естественное стремление увязать сопротивляемость разрушению в различных условиях действия механических напряжений с наиболее распространенным показателем прочностью при растяжении материала — в случае эластомеров (резин) сильно осложняется из-за их высокоэластичности, т. е. способности к большим обратимым деформациям. Если в эксплуатационных условиях это свойство обычно реализуется при деформациях от нескольких процентов до трех — четырех десятков процентов (малые деформации), то определение прочности при растяжении резины сопровождается ее предельно возможной деформацией — сотни процентов (большие деформации). Переход от малых деформаций к большим в силу многих причин приводит к тому,, что прочность при растяжении в общем случае не отражает сопротивляемости эластомеров разрушению в эксплуатации. Основной причиной этого является изменение структуры эластомера при деформации, развитие молекулярной ориентации, играющей определяющую роль в прочностных свойствах резин, а также изменение Доли энергии, затрачиваемой на вязко-упругую деформацию и на собственно разрушение. В то время как при определении прочности при растяжении (при больших деформациях) резин есть все условия для реализации молекулярной ориентации, при малых деформациях и в большинстве случаев сложнонапряженного состояния, т. е. на практике, молекулярная ориентация [c.10]

Для аморфных стеклообразных полимеров вид деформационных кривых сохраняется как при растяжении в активных жидкостях, так и при хрупком разрушении на воздухе. Разрушение этих полимеров в жидкости происходит при меньших напряжениях, чем на воздухе, и сопровождается интенсивным растрескиванием поверхности. Кристаллические эластомеры, характеризующиеся большими деформациями растяжения, более чувствительны к действию жидких сред различной химической природы. Изменение их деформационного поведения в жидкостях может выражаться в уменьшении начального модуля при растяжении (только в растворителях), в снижении предела вынужденной эластичности и напряжения развития шейки, в увеличении или уменьшении предельной деформации при разрыве. [c.163]

Основные данные о разрушении эластомеров были получены нри длительных испытаниях несшитых и сшитых эластомеров нри растяжении в статическом и циклическом режимах [7.47, [c.221]

Разрушение эластомеров при растяжении в высокоэластическом СОСТОЯНИИ [c.40]

Изменение скорости деформации или температуры влияет заметным образом не только на напряжение, при котором происходит разрушение, но и на деформацию (рис. 13.5). Из рис. 13.5 видно, что с ростом скорости растяжения (или при понижении температуры) темп нарастания прочности резко замедляется из-за снижения способности эластомера к развитию больших деформаций, т. е, из-за снижения способности к ориентации. При достижении скорости деформации более 1000% в секунду прочность даже понижается вследствие неспособности полимера к ориентации и релаксации перенапряжений в вершине трещины. [c.199]

Автором [8, с. 145 9, с. 474 140, с. 953] были развиты представления о механизме разрыва сшитых эластомеров и предложена аналитическая зависимость между разрушающим напряжением Ор, удельной когезионной энергией U Jol (а — элементарный объем разрушения), температурой, скоростью растяжения V и другими факторами, влияющими на прочность материала. Эти представления основаны на том, что разрыв вулканизатов происходит путем разрастания трещин и надрывов, которые в дальнейшем называются микродефектами. Разрастание микродефектов происходит не постепенно, а в результате элементарных актов разрыва одновременно некоторого числа связей (химических и межмолекулярных). [c.155]

Существует тесная связь между релаксационными и прочностными свойствами полимеров. Выше уже говорилось о том, что разрушение некоторых типов полимеров (например, эластомеров) при одноосном растяжении можно рассматривать как вязкоупругий процесс. При этом учитывается, что молекулярные процессы, ведущие к разрушению, протекают в очень малом объеме материала. В теориях, описывающих разрушение полимеров как рост трещин, обычно учитывают, что молекулярные [c.303]

Таким образом, в отличие от существующих представлений об эластомерах как о системах, состоящих из перепутанных молекулярных цепей, нри исследовании тонких пленок натурального каучука было обнаружено, что они состоят из беспорядочно расположенных лент. При растяжении пленки наблюдан)тся более тонкие элементарные структуры, образующиеся при разрушении лент (пачки). При понижении температуры происходит образование более упорядоченных структур. Следовательно, в каучуках, как и в других аморфных полимерах, существует упорядоченность структуры. [c.140]

Можно совместить зависимости напряжения, отнесенного к абсолютной Температуре, от логарифма времени до разрушения при различных температурах путем введения зависящего от температуры фактора сдвига а . Применение того же фактора сдвига позволяет совместить зависимости коэффициента растяжения при разрушении Ар от логарифма времени до разрушения при различных температурах. Прямым следствием этого является то, что все значения предела прочности (разрушающего напряжения) при растяжении, отнесенные к абсолютной температуре, в зависимости от разрывного удлинения описываются одной обобщенной огибающей разрушения независимо от температуры проведения каждого конкретного испытания. На рис. Х.5 — Х.7 представлено поведение эластомера витон В. [c.183]

Практическая ценность любого материала определяется его предельными механическими свойствами. Рассмотрим, как происходит усиление материалов типа ВПС. На рис. 8.22 приведены кривые растяжения ВПС состава ПБ/ПС (К). В этих образцах полибутадиен представляет собой смесь транс- и цмс-изомеров, что и обозначено символом К. Известно, что полибутадиены, содержащие смесь транс- и ц с-изомеров, обладают низкой прочностью при растяжении и небольшим относительным удлинением. При образовании полистирольной сетки прочность при растяжении и относительное удлинение начинают возрастать. Работа, необходимая для разрушения (измеренная по площади под деформационной кривой), резко увеличивается. Полистирольный компонент оказывает влияние и на форму кривой на обеих кривых растяжения ВПС имеется участок резкого нарастания напряжения, что свидетельствует об усилении эластомера. В табл. 8.1 приведены данные о прочности при растяжении и относительном удлинении для всех изученных образцов ВПС состава ПБ/ПС (К). [c.220]

Известно, что с кристаллизацией при растяжении связана высокая прочность кристаллизующихся каучуков и резин. Основываясь как на мицеллярной модели строения закристаллизованного эластомера (Александров и Лазуркин , Вуд , Джи ), так и на современных представлениях можно утверждать, что роль кристаллических областей при разрушении закристаллизованного каучука или резины сходна с ролью частиц активного наполнителя. [c.199]

Резины на основе силоксанового и дивинилового каучуков также упрочняются вследствие кристаллизации при растяжении, но для них температура равновесного плавления Тпл лежит значительно ниже комнатной (см. табл. 2), и это упрочнение выявляется лишь в процессе деформирования при низких температурах . Для того чтобы дивинилового каучука достигла значений 25 °С, необходимо деформировать его на 500—600%, что возможно лишь для образцов каучука самой высокой регулярности. В работе приведены данные о количественной связи между прочностью эластомера и степенью кристалличности к моменту разрушения Сд (Сд измеряли по количеству тепла, выделившегося при растяжении). Величина Сд для НК и СКИ-3 коррелирует с прочностью. В этой работе отмечается увеличение прочности резин под действием добавок закристаллизованного каучука. Можно предположить, что добавленный каучук содержит повышенное количество центров кристаллизации, при наличии которых облегчается кристаллизация резины в процессе растяжения и повышается ее прочность. При динамических испытаниях резин на основе кристаллизующихся каучуков количество циклов до разрушения (ходимость) увеличивается с ростом предварительного растя-жения . [c.201]

Эти методы позволяют также зафиксировать различия в характере разрушения неориентированных (при малых деформациях) и ориентированных (при больших деформациях) образцов. Такое различие четко видно при рассмотрении характера роста трещины в закристаллизованном образце. При малых деформациях такой рост происходит перпендикулярно направлению растяжения (см. рис. 60, а, б), при больших деформациях трещина растет вдоль направления растяжения (рис. 60, в), так как наиболее слабыми местами являются аморфные прослойки между фибриллами. Весьма четко фиксируется продольное расслоение образца при хрупком разрушении предварительно, перед охлаждением, деформированного образца (рис. 62). Такой же волокнистый характер разрушения известен для кристаллизующихся при растяжении эластомеров, разрушающихся при больших деформациях - [c.207]

Синтетическими эластомерами называются полимерные материалы, обладающие способностью при сравнительно небольших усилиях испытывать значительные обратимые деформации без разрушения. Величины обратимых деформаций при растяжении могут достигать нескольких сотен процентов, а модуль упругости таких материалов составляет примерно 10—100 кгс/см . [c.38]

Другой, более эффективный подход к решению задачи повышения ударной прочности стеклообразных полимеров — модификация их каучуками [1, 6—10]. В этом случае определенное количество эластомера, обычно 5—20 мае. ч., вводится в жесткую стеклообразную матрицу в виде дисперсной фазы. В результате получается продукт, который обладает значительно большим сопротивлением разрушению, чем исходный полимер возрастают ударная прочность, удлинение при разрыве и работа разрушения, понижается хрупкость. При этом неизбежно несколько уменьшаются модуль упругости и разрушающее напряжение при растяжении, теряется прозрачность и увеличивается вязкость расплава, но все эти потери незначительны по сравнению с преимуществом в увеличении сопротивления разрушению. Упрочненные эластомерами полимеры обладают лучшим комплексом свойств по сравнению с исходными, поэтому для промышленности они выгоднее, несмотря на более высокую стоимость. [c.83]

Растяжение цепей эластомера при скольжении одного тела по другому должно происходить вследствие взаимного притяжения под действием сил, распределение которых показано на рис. 8.12. Когда сила растяжения достаточна, чтобы преодолеть силовой барьер Рт, происходит разрушение связи, и цикл растяжения и разрыва повторяется в новом месте. В связи с тем что циклическая диссипация энергии должна быть пропорциональна произведению б, 192 [c.192]

При исследовании влияния природы связей на прочность эластомеров желательно пользоваться таким методом, который позволил бы оценивать плотность химических и физических связей сетки, а также прочностные характеристики вулканизата. Нами использован физико-механический метод статических испытаний с соблюдением постоянства напряжения в процессе одноосного растяжения и разрушения. Опыты заключались в определении при разных температурах зависимости долговечности х от разрушающего напряжения ст, а также в измерении начальной деформации Sq, по которой оценивались эффективная плотность сетки (Л/с,эф = Мс.хим + -Т- Л/с.физ) и Л/с.хим, а по их разности — Л/ с.физ- При этом под Л с.физ, в отличие от используемой в работе [8], мы будем понимать начальную (исходную) плотность физической сетки . [c.73]

Количественно сопротивление эластомера разрушению (например, при растяжении или сжатии) характеризуется напряжением, под действием которого образец разрушается при заданных параметрах испытания (температура, скорость деформации и др.). Эта величина представляет собой отношение нагрузки к площади поперечного сечения образца до деформации (условное напряжение) или к истинному сечению в заданный момент деформации или при раз1рущении (истиниое напряжение). При испытаниях на долговечность (время до разрушения эластомера цр,и постоянном напряжении) различают статическую и динамическую долговечность, получаемые соответственно в статических и динамических (при многократных дефомациях) условиях испытания. [c.92]

Мюллер и др. определяли несколько термодинамических величин, зависящих от деформации обратимую и необратимую части выделения тепла в процессе пластического деформирования ПЭ, ПВХ, ПЭТФ, ПА-6 [59—61], ПК [63], ПС [64] и различных эластомеров [61, 65, 66], последующее повышение температуры [67], изменение внутренней энергии за время ее накопления [68] и ее влияние на энергию разрушения материала [69]. Они отметили, что энтропия термопластов во время холодного течения уменьшается, а внутренняя энергия возрастает. Они также определили баланс энергии при действии напряжения ( ) и во время втягивания сегментов (г) ПИБ в последовательных циклах растяжения. Изменение внутренней энергии во время -го цикла можно представить следующим образом [c.259]

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]

Несколько раньше В. Куном и Г. Куном была выдвинута гипотеза разрущения эластомера, основанная на статистической модели негауссовых цепей сетки сшитого эластомера. Предполагалось, что при растяжении каждая цепь претерпевает аффинную деформацию. Цепь рвется, если ее растяжение превысит некоторое критическое значение. Из-за наличия в полимере цепей различных длин цепи разрываются одна за другой по мере увеличения растягивающего усилия. Этот процесс нарастает, при некотором растяжении он становится катастрофическим и образец рвется. Работы Ф. Биккп [12.10] и А. Бикки [12.11] по теории прочности каучукоподобных полимеров основываются на подобной гипотезе разрушения. [c.335]

Релаксационные процессы в полимерах определяют их вязко-упругие свойства и влияют на прочностные свойства этих материалов. Влияние релаксационных процессов на разрушение полимеров в высокоэластическом состоянии более существенно, чем в твердом [63]. В связи с этим понять природу процессов разрушения эластомеров и физический смысл наблюдаемых закономерностей можно на пути выяснения прежде всего фундаментального вопроса о взаимосвязи релаксационных процессов с процессом разрушения. Решение этого вопроса было осуществлено в работах [12.17 12.19], где проведены широкие исследования температурной зависимости комплекса характеристик релаксации напряжения, вязкости, процессов разрушения (долговечности и разрывного напряжения). Для исследований были выбраны несшитые и сшитые неполярные эластомеры бутадиен-стирольный СКС-30 (Гс = —58° С) и бутадиен-метилстирольный СКМС-10 (Гс=—72°С), а также полярные бутадиен-нитрильные эластомеры. Условия опытов охватывали широкий диапазон напряжений и деформаций растяжения и сдвига (несколько порядков величины). Исследования физических свойств проводились для каждого эластомера на образцах, полученных при одних и тех же технических режимах приготовления образцов (переработка и вулканизация). [c.341]

НО достижимую прочность. Прн разрушении эластомеров, кристаллизующихся при растяжении, определенный вкл 1Д вносит и релаксацл-онный механизм деформировалия, характерный для высокоэластиче-скош разрушения Повышение прочности кристаллизующихся полимеров связано как с увеличением числа цепей, проходящих через зону разрыва (т. с. повышение степени [c.335]

Сходство между высокомолекулярными соединениями и их концентрированными растворами проявляется еще в том, что в обоих случаях наблюдается падение вязкости в области между г д и tIoo, обусловленное обратимым (тиксотропным) разрушением структуры в процессе течения. Вместе с тем в растворах может происходить противоположное явление—возрастание вязкости, связанное с тем, что разрушению исходной структуры благоприятствуют растворители, способные проникать не только между пачками, но и между самими макромолекулами, сопровождается разворачиванием и ориентацией макромолекул, увеличением числа контактов между ними (антитиксотропия), подобно тому, как это происходит при растяжении эластомеров. [c.501]

На рис, У.27 изображена в общем виде зависимость разрушающего напряжения от температуры и скорости растяжения, прослеженная В. Е, Гулем и В. В. Кавригой на примере вулканизатов [494, с. 227 ]. В гл. II описывалась методика исследования кинетики роста магистрального дефекта эластомера с помощью скоростной киносъемки [294, с. 4, 296]. Эти исследования уже в 1957 г. позволили сделать ряд существенных выводов. Прежде всего они позволили различить несколько стадий разрушения медленную, [c.277]

Установлено, что быстрый разрыв происходит без образования надрывов в результате прорастания трещин разрушения, а медленный — путем образования и прорастания надрывов. В первом случае поверхность разрыва гладкая, во втором — шероховатая. На первой стадии разрушения растут дефекты в виде надрывов, дающих шероховатую зону поверхности разрушения, на второй — дефекты в виде трещин, дающие гладкую зону. Значительно позже к тем же результатам пришел Кнаусс. Он приводит интересную диаграмму (рис. 7.15), демонстрирующую переход от одного механизма разрыва к другому. При уменьшении скорости растяжения трещина трансформируется в надрыв. В соответствии с этими данными разрушение эластомеров происходит вследствие роста дефектов двух видов надрывов и трещин, вероятность образования которых различна и зависит от условия опыта. Механизм разрушения при прорастании трещин в эластомере аналогичен таковому при разрушении хрупких тел (непосредственный разрыв связей), чем и оправдывается термин трещина для высокоэластичного материала. [c.223]

Данные об энергии активации рассматриваемых процессов в области II получены в различных диапазонах напряжений и деформаций сдвига и растяжения для сщитых и несщитых эластомеров СКС-30 и СКМС-10. Эти данные обобщены на рис. 7.25. Из рисунка видно, это энергии активации различных релаксационных процессов и процессов разрушения исследуемых эластомеров в пределах ошибок измерения совпадают и равны для СКС-30 — 54,5 кДж/моль, для СКМС-10 —50,5 кДж/моль. Из этого следует, что коэффициенты температурной зависимости вязкости, релаксации напряжения и долговечности одинаковы в [c.233]

Энергия активации всех указанных процессов инвариантна относительно напряжений (до 10 МПа), деформации растяжений (до 300%) и не зависит от того, сшит или иесшит эластомер. Кроме того, установлены границы температурно-силового диапазона инвариантности энергий активации процессов вязкоупругости и разрушения. Совпадение энергий активации различных процессов в этих границах свидетельствует об общности природы процессов релаксации и разрушения в высокоэластиче-ском состоянии. Полученная корреляция прочностных и релаксационных характеристик эластомеров позволяет прогнозировать прочностные свойства эластомеров по данным их релаксационной спектрометрии, учитывая, что аналогичные релаксационные, реологические свойства и степенной закон долговечности наблюдаются и для других эластомеров [7.107—7.109]. [c.235]

Для эластомеров влияние темп-ры и скорости деформирования на П. при растяжении м. б. количественно описано с помощью обобщенных эмпирич. закономерностей типа огибающей разрывов . Огибающая разрывов — предельная кривая, к-рую получают из зависимостей Ср от скорости деформирования, опреде.11еппых экспериментально при различных темп-рах. Такая кривая м. б. использовапа для описания разрушения в режимах релаксации напряжений и ползучести (рис. 1). [c.113]

Влияние концентрации узлов на прочность сетчатых эластомеров при разрыве сложное. С одной стороны, прочность возрастает вследствие увеличения энергии когезионного взаимодействия цепей с ростом числа узлов с др. стороны, уменьшается вследствие снижения усиливающего эффекта ориентации цепей при растяжении. Поэтому для редкосетчатых Т. п. зависимость прочности от концентрации узлов может проходить через максимум. Дальнейшее увеличение концентрации узлов может вновь привести к увеличению разрушающего напряжения из-за изменения характера разрушения при переходе из высокоэластического в стеклообразное состояние. Присутствие лабильных узлов, способствующих релаксации и перераспределению напряжений, вызывает повышение прочности Т. п. [c.329]

Ка1 и.звестно, в результате структурных исследований, проведенных в последние годы установлено наличие надмолекулярных структур для ряда эластомеров. Эти упорядоченные микрообласти имеют флуктуационную природу и устойчивы вблизи температуры стеклования, разрушаясь при нагревании и под действием механического поля. Резкое уменьшение величины /е//, наблюдаемое для ПМА при малых значениях Я, и ее сильная температурная зависимость, а также значительное увеличение внутренней энергии в процессе растяженяя, вероятно, и объясняется разрушением зшоря-доченных областей, которые ограничивают число возможных конформаций макромолекул в исходном состоянии. Большая жесткость макромолекул ПМА по сравнению с ПА при равной длине боковых ответвлений приводит к повышенной стабильности упорядоченных флуктуационных областей в ПМА, в то время как для ПА такие упорядоченные области оказываются более лабильными и распадаются уже при незначительных степенях растяжения. [c.151]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология