Разрушение полимеров теории

Механизм разрушения полимеров. Теория Гриффита [c.196]

Эта книга могла бы также иметь название Кинетическая теория разрушения полимеров . Однако термин кинетическая теория нуждается в определении или по крайней мере некотором пояснении. В кинетической теории детально рассматривается влияние дискретности материи, движения и физических свойств молекул на макроскопическое поведение ансамбля в газообразном или другом состоянии вещества. В кинетической теории прочности приходится дополнительно учитывать упругие и неупругие деформации, химические реакции и физические процессы, типы различных этапов разрушения и их последовательность. [c.7]

Кроме подхода с точки зрения механики процесса разрушения (механического) существуют два физических подхода к теории прочности термодинамический и кинетический. Последние позволяют понять природу процессов разрушения полимеров и объяснить их механизмы, учитывая законы термодинамики и структуру материала. [c.287]

Термодинамика разрушения, исходящая при анализе процесса разрушения из первого начала термодинамики, использует энергетический критерий разрушения. Анализ с точки зрения термодинамики и физики разрушения широко известной теории и критерия разрушения Гриффита приводит к заключению, что пороговое напряжение ос Гриффита не является критерием разрушения, а по физическому смыслу представляет собой безопасное напряжение оо. Этот вывод является одним из результатов подхода, объединяющего механику, термодинамику и физику разрушения в единую теорию прочности полимеров. Учет Салгаником квантовых эффектов в механике разрушения полимеров привел к уравнению долговечности, совпадающему нри разумных допущениях с уравнением Журкова. [c.104]

Прочность полимеров тесно связана с их деформационными свойствами, зависящими от строения и физического состояния полимера. В различных физических состояниях полимер испытывает разные виды деформации и разрушения . Релаксационная теория деформации полимеров была впервые предложена Кобеко [c.65]

Теория Гриффита ф Учет механических потерь ф Виды рассеяния упругой энергии прн разрушении полимеров ф Безопасное напряжение [c.290]

Применение термофлуктуационной теории к квазихрупко-му разрушению полимеров [c.318]

Разрушение полимеров длительно действующей постоянной нагрузкой. Кинетическая теория прочности [c.201]

Понижая напряжение, можно достичь такого его значения, при котором практически не будет ускоряться разрушение полимера. При таком напряжении долговечность напряженного и ненапряженного полимеров почти одинаковы в них обоих процессы естественного старения развиваются с одинаковой скоростью. Это напряжение называется безопасным. При его достижении кривая долговечности меняет ход (рис 13.10). Таким образом в кинетической теории прочности нет понятия критического напряжения всякое напряжение за тот или иной промежуток времени производит разрушение. Однако ниже некоторого значения напряжения, называемого безопасным, разрушение не ускоряется под действием напряжения, а происходит в соответствии с тем, как быстро протекают процессы старения в полимере. [c.204]

В работах 7 рассматривается как структурная константа, учитывающая неоднородность распределения напряжений по цепям в объеме полимера. Величина ее определяется механизмом перераспределения напряжений между цепями. Таким образом, авторы вслед за В. Куном и Г. Куном - , Ф. Бикки и др. предполагают, что в массе полимера выборочно рвутся наиболее перенапряженные цепи. Этот механизм разрушения полимеров неоднократно подвергался критике и противоречит наблюдаемому механизму разрушения полимеров путем развития трещин и других неоднородностей в материале. Поэтому и физический смысл 7 в флуктуационной теории иной и связан с неоднородностью напряжений вблизи трещин и других дефектов, а неравномерное распределение напряжений по цепям вдали от трещин в массе полимера является второстепенным фактором разрушения. [c.56]

В последнее время многие исследователи используют в качестве отправной точки теорию Гриффита. [4, с. 127—141], критика положений которой дана в гл. I. Для количественной проверки применимости этой теории для хрупкого разрушения полимеров сопоставляют критические разрушающие напряжения [c.97]

Кинетическая теория адгезионного разрушения полимеров [c.128]

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]

Большое различие между экспериментальным и теоретическим значениями поверхностной энергии сопоставимо с соответству-юш им расхождением, известным для металлов, для которых, как указывалось, было высказано предположение о том, что, хотя по форме теория Гриффита и верна, входящие в нее члены, отражающие изменение поверхностной энергии, должны быть дополнены членом, учитывающим работу пластической деформации, которая фактически значительно больше, чем изменение поверхностной энергии. Эндрюс [20] высказал мысль, что величина, измеряемая при хрупком разрушении полимеров, должна быть названа параметром работы создания поверхности у, чтобы отличить экспериментально определяемую величину от истинной поверхностной энергии. [c.322]

Для случая разрушения полимеров в отсутствие среды при расчетах по термофлуктуационной теории Бартенев принимал линейный размер в термофлуктуационном объеме, на который увеличивается фронт трещин при единичном акте разрыва, равным 0,5, [c.159]

Для всех этих случаев в главе рассмотрены физические теории прочности и долговечности полимеров и стекол, методы расчета предельно достижимой прочности полимеров, обсуждена связь термодинамических и тепловых свойств с прочностью с точки зрения проявления энгармонизма в твердых телах. В главе проанализированы различные точки зрения на природу разрушения полимеров и сделай вывод о том, что в твердых полимерах ведущим процессом разрушения является разрыв химических связей, а не преодоление межмолекулярных взаимодействий. Рассмотрен термофлуктуационный и фононный механизмы зарождения субмикротрещин и их роль в разрушении полимеров в высокопрочном состоянии. [c.58]

Изложенным в этих главах материалом не исчерпывается проблема прочности полимеров. Так, не рассматривались статистическая теория прочности и влияние масштабного фактора на прочность, влияние молекулярной массы полимера и молекулярной одиента-ции на долговечность и разрушение полимеров, а также влияние физически и химически агрессивных сред на прочность полимеров. Читатель может восполнить этот пробел в цитируемой литературе. [c.352]

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]

Из статистической теории следует, что чем больше объем (или поверхность) образца, точнее, чем больше напряженная область материала, тем меньше прочность. Это наглядно демонстрируется опытами ио разрушению полимеров и стекол при вдавливании индентора [8.22, 8.23]. [c.245]

Разрушение полимеров в статических условиях. Анализ механизма разрушения полимеров с позиций современной термофлуктуационной теории прочности наиболее целесообразно начать с рассмотрения разрушения материала, находящегося под действием статического напряжения. [c.222]

В рамках изложенных положений С.— ироцесс, во многом аналогичный плавлению. Хотя разрушение регулярной кристаллич. решетки без сомнений отличается от разрушения сетки межмолекулярных связей в за-стеклованных полимерах, эта аналогия иозволяет понять эмпирич. линейную зависимость между Г д и полимера. Теория объясняет также изменение релаксационных свойств полимера при введении различных пластификаторов, зависимость от состава для [c.248]

В последние годы значительно возрос интерес к кинетической теории разрушения полимеров, основанной на изучении физических и физико-химических процессов, вызываемых действием статических, ударных и периодических нагрузок. Глубокое изучение этих процессов позволит научно подойти к созданию новых высокопрочных полимерных материалов и способов их защиты от разрушения под действием различных видов нагрузок. В предлагаемой монографии проф. Г. Кауша, являющегося руководителем лаборатории полимеров отдела Высшей политехнической школы в Лозанне, систематизированы и обобщены результаты многочисленных исследований, включая основополагающие советские работы школы акад. С. И. Жур-кова. [c.5]

В этой главе рассмотрены механизмы разрушения и теория прочности твердых полимеров — некристаллических (полимерные стекла) и кристаллических (пластмассы, волокна и пленки). В хрупком и квазихрупком состояниях при разрушении ведущим процессом является термофлуктуационный разрыв химических связей, а в пластическом (вынужденном высокоэлас- [c.189]

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]

Одним из первых приложений теории был расчет течения и диффузии жидкостей, выполненный Гласстоуном, Лайдлером и Эйрингом [43]. Благодаря оригинальной потоковой концепции, представлению о термическом перескоке молекул через энергетический барьер появились различные теории разрушения твердых тел. В качестве основных факторов, влияющих на прочность. Тобольский и Эйринг [44] учли суммарный разрыв вторичных связей, а Журков [45—47] и Буше [48—50] — суммарный разрыв основных связей. Значительное число экспериментальных данных по этому вопросу было учтено в известных монографиях по деформированию и разрушению полимеров Бартенева и Зуева [51], Эндрюса [52] и Регеля, Слуцкера и Томашевского [53]. Ссылка на данные работы обязательна, если используется информация относительно влияния времени и температуры на разрушение полимеров различного состава и структуры при различных внешних условиях нагружения. [c.76]

Область нехрупкого разрушения полимеров ф Теория перехода от хрупкого в нехрупкое состояние ф Два подхода к квазнхрупкому состоянию полимеров ф Применение термофлуктуационной теории к квазнхрупкому разрушению полимеров [c.7]

Результаты по исследованию долговечности и термодеструкции полимеров Журкова с сотрудниками [61] привели к выводу, что в условиях опыта (температура выше 7 хр) каждая флуктуация приводит к разрыву отдельно взятой цепи полимера. Поэтому энергия термодеструкции цепей гюлимера совпадает или практически близка к энергии активации разрушения полимера. Многочисленные эксперименты С. Н. Журкова и-его сотрудников показывают, что в области квазихрупкого разрушения применимо уравнение (11.8) Журкова. Теоретически, ис.кодя из термофлуктуационной теории, к уравнению Л<.уркова можно прийти двумя путями. [c.318]

Мсследователп, развивающие различные теории прочности твердых полимеров, естественно, должны исходить из механизмов разрушения, включающих рассмотрение как трещин разрушения, так и трещин серебра . Между тем в последнее время появилось большое число теоретических работ по прочности твердых поли-меров- исходящих из старой гипотезы разрущения полимеров, впервые предложенной Куном еще в 1946 г. (см. стр. 102). В этих работах разрушение полимера по-прежнему рассматривается как процесс разрыва под действием напряжения и тепловых флуктуаций цепей во всей массе материала, без учета разобранного выше реального механизма разрушения твердых полимеров. [c.101]

Бенбоу и Рэслер [8] положили начало наиболее плодотворному подходу к исследованию хрупкого разрушения полимеров, опубликовав результаты работ по медленному раскалыванию ( leavage) полистирола и полиметилметакрилата. Они интерпретировали свои результаты на основе теории прочности Гриффита [9], которая ранее широко применялась к хрупкому разрушению металлов и стекол. [c.317]

Наряду с изложенными в данном разделе нашими взглядами по оценке механизма разрушения и долговечности напряженных образцов полимерных материалов в жидких средах, естественно, существуют и другие. Интерес представляют работы Тынного, Сошко и др. [53, 75], в основе которых лежит энергетическая теория. Авторы предполагают, что под действием некоторых поверхностно-активных веществ трещины в стеклообразном полимере начинают медленно развиваться при некотором значении эффективной энергии разрушения, которая на два порядка ниже (для ПММА), чем в случае мгновенного разрушения полимера на воздухе. Скорость роста трещины V является функцией энергии разрушения и температуры. [c.161]

Остальные пять глав содержат теорию и экспериментальные данные для полимеров и полимерных материалов с микротрещинами, уже имеющимися или возникающими при нагружении. Проблема микротрещин и трещин важна по двум причинам 1) реальный процесс разрыва в подавляющем числе случаев идет путем роста микротрещин и трещин 2) реальные полимеры и полимерные конструкционные материалы имеют, как правило, различного рода дефекты структуры, в том числе и микротрещины. Поэтому естественно, что прежде всего (гл. 4) рассмотрены механика и термодинамика разрушения твердых тел с трещинами и соответственно изложены два подхода к поочно-сти механический и термодинамический. Дальше, в гл. 5, рассматриваются кинетический подход и экспериментальные данные физики прочности полимеров, существенный вклад в которую внесли научные школы акад. С. Н. Журкова и проф. В. А. Степанова. В гл. б описана теория разрушения полимеров в хрупком и квазихрупком состояниях, предложенная автором монографии и объединяющая три подхода к прочности кинетический, термодинамический и механический. [c.8]

Вопрос о взаимосвязи двух подходов разрабатывался автором (см. гл. 6). Попытка объединения идей физики и механики разрушения в теории прочности полимеров была сделана также Салгаником [4.87—4.90]. Так, в физике разрушения и кинетической концепции Журкова (см. гл. 2) считается, что разрыв химических связей в твердом теле происходит под действием тепловых флуктуаций. При этом используются представления классической физики и средняя энергия тепловых флуктуаций принимается равной кТ. Между тем это не всегда справедливо из-за квантовых эффектов, которые начинают проявляться при температурах порядка дебаевской до = Нуо1к = [c.101]

Чтобы связать между собой атомно-молекулярные процессы и микроскопическое разрушение полимера, необходимо ввести некоторый локальный критерий, устанавливающий основную причину разрыва образца. Предложено два принципиально различных критерия разрушения. Первый основывается на представлении о том, что микротрещины не играют существенной роли и разрыв образца происходит тогда, когда в данном сечении число разорванных связей достигает некоторого критического значения (от 50 до 100% связей) [6.1]. Как следует из гл. 2, такого взгляда на механизм разрушения полимеров придерживались Журков и др. исследователи, и это в основном верно для разрушения твердого тела в высокопрочном состоянии в отсутствие микротрещин. Механизмы и теории разрушения в высокопрочном состоянии были обсуждены в гл. 3. Второй локальный критерий основан на представлении о том, что микротрещнны и их рост под нагрузкой играют определяющую роль в процессе разрушения. Механика разрушения (см. гл. 4) рассматривает теорию трещин и устанавливает критерии их роста, как правило, без учета термофлуктуационного механизма. [c.145]

Согласно [5.7], разрушение полимеров выше происхо дит путем прорастания дефектов последавательно через все се чение образца. Таким образом, недостатком теорий Бикки и др является их отрыв от представлений и методов механики разру шения и математической теории трещин, неучет которых при водит к количественно неправильным результатам. Недостатком большинства теорий длительного разрушения, по мнению Берри [6.1], является то, что они предсказывают конечное время разрушения ненагруженного образца. [c.148]

Полная изотерма долговечности, соответствующая зависимости IgT от напряжения растяжения ст во всем интервале ст от О до оо (при 7 = onst), может быть получена из уравнения (6.15). Уже было выяснено, что теория в области малых ст дает следующие результаты. Полимер в условиях отсутствия воздействия химически и физически активных сред и в условиях стабильности структуры при значениях о от О до безопасного напряжения Сто характеризуется долговечностью т=ос. При ст>- СТо происходит резкий спад долговечности и выход на интерполяционное уравнение долговечности (6,19). При приближении ст к критическому напряжению Ок происходит переход к атермическому разрушению полимера. [c.176]

Сопоставление термодинамического и кинетического подходов к процессам разрушения полимеров пока.зало, что для ПММА и капронового волокна критерий Гриффита оа соответствует Оо, а не (Тк- Отсюда следует, что Оа и теория Гриффита не имеют отношения к критерию разрушения и к критическому напряжению Юк. Критерий Гриффита скорее является критерием безопасности (как и безопасное напряжение Оо в термофлуктуационной теории прочности). Таким образом кинетический подход дает термофлуктуационный вклад тф в долговечность и определяет его границы (оо, Оф) При Т—>-0 напряжение Оф —Нсгк. Термодинамический подход дает оценку безопасного напряжения в виде порогового напряжения Гриффита Оо, которое характеризует равновесное состояние (когда процессы разрыва и рекомбинации химических связей равновероятны). Механический подход дает атермический вклад Тк в долговечность т = тф-ьтк и методы расчета концентрации напряжения (или локальных напряжений) в вершинах микротрещин, ответственных за разрушение. При переходе к бездефектным (высокопрочным) материалам, имеющим микронеоднородную Структуру и перенапряженные цепи, уравнепнс долговечности переходит в известное уравнение Журкова. [c.191]

В ряде термодинамич. теорий П. энергию реформирования рассчитывают на основе различных реологич. моделей, вводя в них элемент разрыва химич. связей соотпошение между критич. значениями наг ряжения и деформации определяют с помощью реологич. ур-пип состояния (см. Реология, Модели релаксации механической). Однако без учета механич. потерь такой подход является формальным и не отражает снециф ики разрушения полимеров. Основным направлением в развитии обобщенной термодинамич. концепции П. полимеров дол кно быть количественное определение мехапич. потерь на основе изучения релаксационных явлений. [c.114]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология