Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
2. Разрушение происходит в две стадии: первая связана с медленным ростом начальной микротрещипы (и*«10~4— 10~5 м/с), приводящей к образованию «зеркальной», гладкой зоны разрушения, вторая — с прорастанием первичной и образованием вторичных микротрещин, распространяющихся в объем (при этом образуется шероховатая поверхность разрушения — «шероховатая» зона) со скоростью, близкой к скорости звука. На первой стадии действует термофлуктуацнонный механизм, на второй — атермическнй. Соотношение этих стадий зависит от растягивающего напряжения, температуры и длины первоначальной трещины. Чем больше о, тем короче первая стадия и меньше «зеркальная» зона. При о=акр «зеркальная» зона исчезает и разрушение принимает сразу критический характер, т. е. идет по атермическому механизму. Поскольку большая часть времени тратится на первую стадию, то прочность тем выше, чем больше доля «зеркальной» зоны.
3. Трещина растет в основном (особенно при атермическом разрушении) нормально растягивающей силе.
Кратковременную прочность аХр оценивают по величине разрушающего напряжения:
а,р=Ор-(1/К0р)[^р-2,ЗЛПег (т/Л)], (5.53)
где V* — флуктуацнонный объем; р — коэффициент концентрации напряжений в вершине трещины: У°р— энергия активации разрыва при Т—»-0; к — константа Больцмана; т — время до разрушения; А — постоянная.
Долговечность определяется согласно термофлуктуациоиной теории по уравнению
т-=Л ехр[((/°р — У?о)1к.ТЬ (5.54)
оо<а<Окр,
где Со, Окр — безопасные и критическое напряжения.
Разрушение нехрупких стекол характеризуется следующими особенностями.
329
'328
1
Рис. 5.37. Микротрещины «серебра» при разрушении полимера в стеклообразном состоянии (показано начало разрушения)
1. Разрушению предшествуют значительные деформации — вынужденные высокоэластические (см. рис. 5.3) под действием локальных напряжений и вызывающие сегментальную подвижность в микрообластях, прилегающих к вершине микротрещины.
2. Разрушение происходит также в две стадии. Первая — образование микротрещин, называемых трещинами «серебра», и их накопление. Микротрещины
«серебра» — особый вид дефектов, которые возникают при деформировании стеклообразных нехрупких тел по механизму вынужденной высокоэластичности. В микротрещине происходит расслаивание полимера на микротяжи и вся мнкротрещина оказывается заполненной чередующимися областями ориентированного полимера и микропустотами (рис. 5.37). Наличие этих трещин практически не влияет на прочность и модуль, так как трещина не растет, поскольку створки ее скреплены тяжами, которые принимают на себя нагрузку и снижают перенапряжение в вершинах трещины. Микрорасслаивание материала связано с а-процессом релаксации, протекающим под действием напряжения. В результате релаксации происходит снижение коэффициента концентрации напряжений.
Вторая стадия представляет собой разрушение — прорастание магистральной трещины, или разрушение по трещинам «серебра» с предварительным растяжением тяжей в трещине при напряжении о, равном предельно достижимому ап, или разрушение по неориентированному материалу. При этом механизм разрушения является термофлуктуационным. Следовательно, полное разрушение включает в себя два механизма: релаксационный и термофлуктуационный.
3. В зоне разрыва имеются следы остаточной деформации, но они исчезают со временем, что свидетельствует о се высоко-эластической релаксационной природе.
Кратковременная прочность нехрупких стекол характеризуется двумя показателями: пределом вынужденной эластичности Овэл и разрушающим напряжением оР. Долговечность описывается соотношением, аналогичным уравнению (5.43) при о<Ов?
Структурный коэффициент ?=Уар в уравнениях (5.43) и (5.45)
330
^ля нехрупких стекол ниже, чем для хрупких, так как снижается коэффициент перенапряжения х.
Таким образом, чем больше образуется микротрещин «серебра», т. е. чем выше вклад вынужденной высокоэластичности, тем труднее разрушить образец.
Условия проявления вынужденной высокоэластичности определяются соотношением времени структурной релаксации т* и времени продвижения микротрещины за одну флуктуацию Тф. Если Тф<т*, то вынужденная высокоэластичность не развивается; если же Тф>т*, то в вершине микротрещины вначале будет развиваться высокоэластическая деформация, а затем происходить разрыв полимерных цепей. Температура хрупкости в этом случае — температура, при которой выполняется условие Тф = т*.
Для повышения прочности хрупких стекол в них вводят эластомеры, расширяющие релаксационный спектр полимера.
Разрушение полимеров в высокоэластическом состоянии. Полимер находится в высокоэластическом состоянии при Т>ТС и в этих условиях высокоэластическая деформация начинает развиваться практически сразу с начала деформирования, поэтому разрушению предшествуют значительные высокоэластические деформации, имеющие релаксационный характер. Механизм, разрушения полимеров в высокоэластическом состоянии называют «вязколокальным». Он реализуется при Тп>Т>Тс, где Т„<Т1 (Тп— температура, при которой появляются локальные
области вязкого течения).
