ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Специфика разрушения полимеров в высокоэластическом состоянии из "Структура и прочность полимеров Издание третье" Хрупким разрушением называется такое разрушение, которое не сопровождается развитием никаких видов деформации тела, кроме упругой деформации Гука. [c.96] Характерным признаком хрупкого разрушения полимеров является однородность деформации, которая сохраняется вплоть до разрушения. [c.96] Хрупкое разрушение происходит путем быстрого прорастания трещины в плоскости, нормальной к приложенной силе. При разрушении этого типа не наблюдается существенного уменьшения площади поперечного сечения в области разрушения и остаточной продольной деформации частей разрушенного образца. Предельное значение деформации обычно составляет доли процента. [c.96] Хрупкое разрушение позволяет выявлять тип надмолекулярной структуры полимеров. Реплику с поверхности замороженного хрупкого полимера рассматривают под электронным микроскопом и таким образом устанавливают надмолекулярное строение полимера. С точки зрения оценки микроскопических свойств стеклообразные полимерные материалы, которые при достаточно высокой скорости нагружения разрушаются хрупко, ведут себя как твердое тело Гука. [c.96] Как уже указывалось, предполагают, что прочность хрупких материалов ограничивается наличием дефектов в образце и эти дефекты так искажают поле напряжения, что вызывают начало процесса разрушения. Процесс разрушения протекает путем роста наибольшего, соответственно ориентированного дефекта до достижения критического растягивающего напряжения. [c.96] Результаты испытания таких образцов из полиметилметакрилата при комнатной температуре приведены на рис. II.31. Соответствие экспериментальных данных с теоретическим соотношением Ор — [см. уравнение (11.18) — довольно удовлетворительное. [c.97] На основании приведенных результатов можно сдела1ь заключение [4], что прочность при растяжении обратно пропорциональна квадратному корню из размера дефекта. Эти данные позволяют определить коэффициент пропорциональности — параметр материала Еу. Используя значение макроскопического модуля Юнга, вычислили поверхностную энергию разрушения. Это же значение получилось и при расщеплении, т. е. для иной механической системы. Уравнения, применяемые для интерпретации данных, полученных при растяжении и расщеплении, были выведены при использовании энергетического критерия Гриффита. Оказалось, что между значениями у, полученными двумя методами, даже при резком различии механических систем наблюдается хорошее соответствие. [c.98] Большое расхождение теоретических и экспериментальных значений для полиметилметакрилата и стали объясняется недоучетом энергии, рассеиваемой при процессах, которые происходят под влиянием высоких напряжений в вершине трещины и не являются проявлением только упругих сил. Механические свойства и молекулярная структура неорганического стекла таковы, что развитие локальной местной пластической деформации исключено. Поэтому большого расхождения в значениях и не наблюдается. [c.98] Принципиальным недостатком теории Гриффита является игнорирование механических потерь. Значение критического напряжения по Гриффиту определяется из условия равенства изменения упругой энергии dw и потенциальной энергии поверхности йТ. Однако необходимо еще учитывать механические потери рассеяние упругой энергии при разрыве связей в вершине трещины и превращение упругой энергии в кинетическую энергию раз-движения стенок трещины, деформационные релаксационные потери на внутреннее трение, а также рассеяние энергии в виде колебаний атомов и атомных группировок, возникающих при разрыве связей в растущей трещине [355, с. 341 ]. [c.99] Если деформационные релаксационные потери отсутствуют (что характерно для хрупких тел, разрушение которых не должно -сопровождаться—ни—нласгическимй ни высокоэластическими. [c.99] Работами С. Н. Журкова с сотр. [37, с. 66 38, с. 1249 49, с. 68 47, с. 933] убедительно показано, что практически все тела могут разрушаться не при одном критическом значении напряжения, а при разных значениях напряжений, но соответственно с разной скоростью, за разное время. [c.99] При Стр, меньших некоторого значения Ор, долговечность так велика, что материал выходит из строя скорее вследствие химических процессов старения, чем механического разрушения. Вблизи Ор незначительное увеличение Ор сопровождается резким уменьшением долговечности. Создается впечатление, что при значениях, меньших сГр, материал не разрушается, а при Ор он разрушается мгновенно. На самом деле временной зависимости прочности хрупких материалов присущ резкий переход от очень больших значений Тр (при СТр) к очень малым (при Ор а ). Для полимерных материалов такой резкий переход может наблюдаться только при температурах, близких к абсолютному нулю.. [c.99] В реальных условиях, хотя макроскопически разрушение полимера воспринимается как хрупкое (не наблюдается макроскопической шейки, отсутствуют необратимые деформации, не проявляется высокоэластичность), в зоне разрушения, по-видимому, имеют место вынужденноэластические деформации и сопровождающие эти деформации механические потери. Поэтому для полимерных тел обычно наблюдается временная зависимость, которая будет подробнее рассмотрена позже. [c.99] На рис. II.32 показаны теоретические зависимости долговечности от разрушающего напряжения для полоски полиметилметакрилата при 253 К, рассчитанные Г. М. Бартеневым [225, с. 25]. Кривая 1 рассчитана при предположении, что механические потери на внутреннее трение отсутствуют, т. е. что тело идеально хрупкое. Кривая 2 иллюстрирует временную зависимость прочности, когда разрушение происходит по флуктуационному механизму. [c.100] Исследователи в области механики твердого тела уделяют большое внимание моделированию развития трещин и обоснованию критерия развития трещин в твердом теле [358, с. 2341 360, с. 164 и др.]. [c.100] Обычно проверка исходных допущений, положенных в основу математического описания картины роста трещин, осуществляется на некоторых простейших примерах. Однако рассмотрение, по существу, касается только хрупкого разрушения. В качестве примера рассматривается развитие прямолинейной трещины в условиях плоского деформированного состояния [356, с 168]. [c.100] В одной модели [357, с. 147 360, с. 164] принимается, что трещина развивается из щели, если элементарная работа обеих приложенных к краям щели сил (распределенных по краям щели) в результате симметричного расширения щели на бесконечно малую величину окажется больше приращения потенциальной энергии упругой плоскости и элементарной работы, расходуемой на разрыв материала. [c.100] Другая модель 1361, с. 153] имеет чисто силовой характер. Условием разрыва принимается возникновение неограниченных растягивающих напряжений вблизи вершины щели. Развитие трещины останавливается, и трещина становится равновесной, когда напряжение в материале всюду оказывается конечным, включая области, непосредственно примыкающие к ее вершине. В этой модели постулируется наличие сил сцепления, возникающих при развитии трещины. Принимается, что силы сцепления приложены у концов трещины на участке длиной й. [c.101] В первой модели (1 = 0. Тогда на концах развивающейся трещины происходит концентрация напряжений. Вследствие этого расходуется энергия на разрыв. Для второй модели исходят из условия, что й Ф 0. Предполагается наличие сил, стремящихся соединить противоположные края трещины. Такая модель также теоретически допустима. По-видимому, она правильно отражает картину распространения трещины, например, при хрупком разрушении полиметилметакрилата, для которого концевая область трещины имеет длину порядка нескольких десятков микрон [362]. [c.101] Как уже было показано выше, одной из характерных особенностей высокоэластического состояния является способность макромолекул изменять форму под действием внешних сил (кон-формационные превращения). Благодаря этому деформации образцов, развивающиеся под действием внешних сил, достигают сотен, а в некоторых случаях свыше тысячи процентов. Эти деформации обратимы. Растяжение полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, сопровождается выделением тепла. Равновесное соотношение между деформирующим напряжением и деформацией устанавливается не сразу, а с течением времени. [c.101] Вернуться к основной статье