ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Скоростная зависимость прочности из "Структура и прочность полимеров Издание третье" К настоящему времени накопилось много факторов, свидетельствующих о том, что прочность зависит от продолжительности пребывания материала в напряженном состоянии. Временная зависимость прочности при статической нагрузке изучалась для различных материалов, например для силикатных стекол [404, с. 46 406, с. 579 407, с. 3941, текстильных волокон [407, с. 394], ацетата целлюлозы [408, с. 394 409, с. 497], органического стекла [104, с. 287] и др. Явление временной зависимости прочности при статической нагрузке получило название статической усталости. [c.140] Причем коэффициенты А иа меняются для разных материалов в довольно широких пределах. [c.141] Для выяснения характера изменений, которые претерпевает материал, находящийся в напряженном состоянии, важно знать, имеет ли долговечность статистическую природу и обратим ли процесс разрущения. [c.142] Для получения ответа на первый вопрос был проведен следующий эксперимент [10]. Партия из 100 одинаковых образцов целлулоида была разделена на две равные части. Половину образцов испытывали в один прием и по этим данным строили диаграмму распределения образцов по долговечности. Результаты такой обработки показаны на рис. 1П.З (сплошная кривая). [c.142] Чтобы определить, является ли процесс разрушения обратимым, достаточно сопоставить данные по долговечности, измеренные в один прием, с данными, полученными в условиях, когда время до разрыва разбивается на два (или более) интервала, между которыми происходит разгружение образца. С этой целью оставшиеся 50 образцов испытывали в два приема. Продолжительность первого нагружения % выбирали равной половине наивероятнейшего значения долговечности, найденного из опытов в один прием. По истечении этого времени образец разгружали и ему давали отдохнуть в течение нескольких суток при комнатной температуре. После отдыха нагрузку прикладывали вновь и образец в напряженном состоянии выдерживали до разрыва (х ). Измеренные значения т +т также нанесены на график (пунктирная кривая). [c.142] Сравнение кривых распределения показывает, что долговечность образцов не изменилась во всех случаях достаточно точно соблюдалось равенство = т +т . Это свидетельствует о том, что изменения, происходящие в полимере под действием растягивающих напряжений, не исчезают при последующем отдыхе, т. е. являются необратимыми. [c.143] Сравнение долговечности материала при испытании в один и в два приема проводилось при разных напряжениях. Из результатов, полученных для целлофана, нитрата целлюлозы и резины, видно, что данные, относящиеся к двум способам нагружения, удовлетворительно укладываются на прямую. [c.143] Зависимость характеристики прочности от времени свидетельствует о том, что разрыв не наступает вследствие достижения ка-кого-то критического значения напряжения, а представляет собой процесс, развивающийся во времени. [c.143] При более детальном исследовании временной зависимости прочности кристаллических полимеров таких, например, как полиэтилен, выяснилось, что утрата эксплуатационных свойств происходит не только при хрупком разрушении (разделении на части), но и вследствие ползучести, образования шейки и других явле-—ний, объединяемых под названием пластического разрыва. В по-следнем случае разрушению предшествует ползучесть и образование шейки, рассматриваемые как начальные стадии разрушения. [c.143] Наличие у полиэтилена двух типов разрыва связывают [413, с. 192 414, с. 9] с двойственностью его структуры, а именно с сосуществованием у него структурных элементов двух типов—отдельных макромолекул и надмолекулярных кристаллических образований. Предполагают [414], что в силу этого в полиэтилене с момента приложения растягивающего напряжения одновременно развиваются два конкурирующих термоактивационных процесса обратимый процесс рекристаллизации и необратимый процесс статической усталости причем преобладание первого влечет за собой образование шейки, а второго — хрупкий разрыв. Отсюда вытекает важный практический вывод о возможности направленного регулирования обоих процессов разрушения. [c.143] Рекристаллизацию интерпретируют как разрушение, поскольку при этом действительно имеет место разрушение исходной надмолекулярной кристаллической структуры, а появление шейки условно квалифицируют как разрыв, так как с этого момента материал конструкции уже не способен упруго сопротивляться нагрузке. [c.143] Следует подчеркнуть, что напряжение рекристаллизации не является материальной константой, а зависит от условий определения (скорости растяжения и температуры). Тем не менее эту характеристику используют как условную, практически удобную меру длительной пластической прочности [414, с. 120]. [c.144] Испытания на длительную прочность выполняли по единой программе с испытаниями на ползучесть. Начало образования шейки условно квалифицировали как пластический разрыв. [c.144] Было установлено [413, с. 192, 414, с. 120], что функция длительной прочности в переходной области (от хрупкого к пластическому разрушению) претерпевает разрыв, свидетельствующий о принципиальном различии механизмов пластического и хрупкого разрушения. Эксперименты подтверждают кинетическую концепцию рекристаллизации и ее обратимость. Д. Ф. Каган и Л. А. Кантор [413, с. 192 414, с. 120] обнаружили аномалию длительной хрупкой прочности полиэтилена — эффект инверсии (переход от одного механизма разрушения к другому) как следствие конкурирующего взаимодействия обоих процессов разрушения. [c.144] Было показано [415, с. 715], что кристаллические полимеры типа полипропилена независимо от типа разрушения (с образованием шейки и без нее) подчиняются временной зависимости, выраженной формулой (П1.1). Однако долговечность изотропных полиолефинов не описывается уравнением типа (III. 1) с постоянными коэффициентами. [c.144] Временную зависимость прочности объясняли по-разному. Мергетройд [126, с. 51], объясняя временную зависимость прочности (так называемую усталость силикатного стекла), приписывал стеклу двухфазную структуру. Развитие разрушения во времени связывалось с постоянным ростом напряжений в упругой фазе до критических значений за счет релаксации напряжения в вязкой фазе. [c.144] Орован [416, с. 341] связывает статическое разрушение с изменением степени опасности трещин Гриффита за счет постепенного уменьшения поверхностной энергии при адсорбции влаги и поверхностно-активных веществ на створках трещин. Отсутствие временной зависимости прочности в вакууме [417, с 1293] рассматривается как факт, подтверждающий эту точку зрения. [c.144] Схема флуктуационного разрыва связей в вершине трещины, связанная с переходом через потенциальный барьер, была предложена для объяснения разрушения неорганических стекол Гиббсом и Катлером [420, с. 200], а затем Стюартом и Андерсеном [95, с. 416]. [c.145] Следует заметить, что первые публикации относительно флуктуационного механизма силикатных стекол, сделанные Гиббсом с Куттером и Регелем [104, с. 287 420, с. 200], относятся к 1951 г. [c.145] Прогнозирование длительной прочности по Г. М. Бартеневу [421, с. 738] основывается на принятии флуктуационного механизма процесса разрушения полимеров. [c.145] Вернуться к основной статье