Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
333
Рис. 5 39 «Огибающая разрывов»
(Д Бу С, О, ?, ^ — точки разрыва;
стрелка — повышение скорости или
снижение температуры):
/ — область безопасного деформирования; // — область разрушения
сходство с «шейкой», возникающей при вынужденно-эластической деформации, структура их различается. Пластическая «шейка» характеризуется неупорядоченной структурой. Разрушение в этом случае происходит но «шейке» при невысоких напряжениях. В зоне разрыва четко проявляются следы необратимой пластической деформации. Прочность характеризуется пределом текучести ст, который, как правило, совпадает с разрушающим напряжением оР. Иногда аР называют когезионной прочностью. Механизм разрушения при Т^Ти имеет релаксационный характер и зависит от температуры и скорости деформирования. С увеличением скорости деформирования уменьшается доля пластического разрыва и вероятность образования пластических «шеек», и при достаточно высоких значениях скорости разрушения полимер разрушается как высокоэластическое тело (рис. 5.40). При Т> >Тг начинается вязкое течение полимера.
Разрушение кристаллических полимеров. Разрушению кристаллических полимеров или полимеров, кристаллизующихся в процессе растяжения, предшествуют значительные деформации.
ї~т____
I МПа
6 Є.Кг*,%
П ол и м ер х а р а ктеризу ется очень высокой ориентацией цепей и ведет себя как твердое упругое тело. Поэтому механизм разрушения кристаллических полимеров приближается к термофлук-туационному и при высокой степени ориентации полимеры могут иметь предель-
Рис. 5.40. Кривые напряжение деформация /—с линейного цисАА-полиизопреиа (/, 2,3) и нерегулярного полибутадиеиа (/',?', 3') при различных скоростях растяжения при 295 К:
/. /' — о.16 м/с; 2, 2* — 4.5 м/с: 3, 3' — 30 м/с; #—начало образования пластической шейки; 4— момент разрыва
Рис. 5.41. Зависимость прочности оР от скорости растяжения и кристаллизующегося полимера
но достижимую прочность. При разрушении эластомеров, кристаллизующихся при растяжении, определенный вклад вносит и релаксационный механизм деформирования, характерный дл я в ысо коэ л а сти ч е-ского разрушения. Повышение прочности кристаллизующихся полимеров связано как с увеличением числа цепей, проходящих через зону разрыва (т. е. повышение степени
ориентации), так и с вкладом гистерезисных потерь за счет релаксационного характера деформирования.
О влиянии релаксационных явлений на прочность кристаллизующихся эластомеров свидетельствует немонотонная зависимость прочности от скорости растяжения (рис. 5.41). На участке АБ происходит кристаллизация полимера (образование фибриллярной структуры), при этом повышается степень ориентации молекул и в кристаллической части, и в аморфной. Трещины или надрывы зарождаются в аморфной области или на границе кристалл — аморфная часть, и прочность определяется прочностью аморфных участков. Поскольку при кристаллизации повышается степень их ориентации, а следовательно, и прочность, то можно считать, что кристаллизация приводит к упрочнению. В процессе деформирования на участке БВ макромолекулы не успевают принять необходимую для кристаллизации конформа-цию и кристаллизация замедляется, а на участке ВГ полимер не кристаллизуется и прочность определяется степенью ориентации макромолекул.
Таким образом, кристаллические полимеры разрушаются по механизму, характерному для твердых ориентированных тел с малодефектной структурой. Разрушение аморфно-кристаллических полимеров происходит по аморфной части по механизму, определяемому условиями процесса (температурой и скоростью).
Разрушение полимеров при динамических нагрузках. Разрушение полимеров под действием, циклических деформаций происходит в результате динамической усталости или утомления. Динамическая усталость — это снижение прочности под влиянием многократных периодических нагрузок.
Испытание полимеров проводят в трех режимах: при постоянной амплитуде деформации eo=const; при постоянной амплитуде напряжения оо35const; при постоянной работе цикла AW= = const. Динамическая усталость характеризуется временем до
разрушения тц или числом циклов до разрушения ЛГЦ; iVu = tuo> (где со — частота деформации). Напряжение, при котором происходит разрушение после действия заданного числа циклов, называется усталостной прочностью oN. Кривые зависимости On—#ц называют кривыми усталости. Между oN и iVu существуют эмпирические соотношения:
для сшитых эластомеров o*'-opJV,rl/p; (5.58)
для пластмасс #ц = Се°/аЛг ; (5.59)
для волокон и пленок o.v«oP—AlgNat (5.60)
где р, С, Д А — эмпирические константы, характеризующие скорость снижения прочности при циклических деформациях.
Разрушение полимеров при многократном циклическом на-гружении определяется теми же факторами, что и при статических режимах; между временем разрушения т и напряжением a=const при статическом режиме временем до разрушения тц и максимальным напряжением за цикл о0 при циклическом существуют следующие соотношения:
Tom»Ci; Тц0от-Сг, (5.61)
где m —константа, одинаковая для обоих режимов; G и С* — постоянные,
