ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Энергетическое рассмотрение процесса разрушения из "Структура и прочность полимеров Издание третье" До недавнего времени превращения энергии из одного вида в другой при разрушении полимерных тел рассматривали только в механическом аспекте [297, с. 291 ]. Между тем работа деформирования полимеров переходит не только в потенциальную упругую энергию, но и частично в энергию тепловую, химическую, поверхностную. При деформировании материала изменяется структура, часть работы деформирования тратится на структурные изменения, фазовые переходы первого и второго рода [3, с. 12]. Превращение части механической энергии при разрушении в химическую, тепловую [60, с. 18 182, с. 104 212, с. 412, 435] и другие виды свидетельствует о том, что наряду с упругими проявляются и неупругие свойства и что необходимо рассматривать соотношение потенциальной энергии взаимодействия элементов структуры и кинетической энергии теплового движения. [c.253] Электронный пробой происходит в результате разрушения диэлектрика электронной лавиной, образующейся при взаимодействии потока электронов с элементами структуры диэлектрика при высоком значении напряжения. [c.254] При тепловом пробое разрушение диэлектрика по одному из направлений (в слабом месте) происходит в результате плохого отвода из данного участка тепла, образующегося за счет диэлектрических потерь. Образование теплового пробоя более вероятно при высоких температурах и при длительном воздействии напряжения. При кратковременном воздействии напряжения и относительно низких температурах более вероятен электронный пробой. [c.254] При электронном пробое происходит, грубо говоря, разрыв материала электрическими силами. При тепловом пробое электрическая прочность зависит лишь косвенно от химической природы материала — через величину диэлектрических потерь, проводимость, теплопроводность. [c.254] При рассмотрении литературных данных следует обратить внимание на попытки провести аналогию между статистическим характером механической и электрической прочности. Проведение аналогии между механизмами электрической и механической прочности нам представляется разумным, так как поведение высокополимеров в поле действия электрических и механических сил во многом сходно. Необходимо указать также на аналогию между теорией Дебая, описывающей ориентацию дипольных молекул во внешнем электрическом поле, и теорией, описывающей ориентацию звеньев цепных молекул механическими силами [558, с. 19491. [c.254] Для выяснения влияния толщины образцов на электрическую прочность испытывали вулканизаты акрилонитрильных каучуков СКН-18, СКН-26 и СКН-40 [559, с. 285]. Зависимость пробивного напряжения от толщины почти прямолинейна, а электрическая прочность слегка уменьшается с увеличением толщины образцов. Аналогичные зависимости получены при изучении влияния толщины образцов на механическую прочность. [c.255] п = / (0. и температуры стеклования исследованных вулканизатов при данном режиме испытания приблизительно совпадают. [c.255] На рис. V. 18 (кривая /) приведены результаты измерений электрической прочности вулканизата натурального каучука, В этом случае температура стеклования не достигается, и максимум на кривой Еп = / Ь) отсутствует. Вулканизаты хлоропренового каучука (рис. У.18, кривая 2) обладают низкой электрической прочностью по сравнению с вулканизатами других каучуков, которая незначительно повышается с понижением температуры. [c.255] Температурная зависимость электрической прочности также аналогична температурной зависимости механической прочности (см. рис. V.19) обе прочностные характеристики изменяются с понижением температуры немонотонно, проходя через максимум (ср., например, с. 108, 157 и 255). Предлагаемое объяснение немонотонной зависимости электрической прочности при низкой температуре сводится к тому, что при фиксированном положении элементов структуры (стекло) повышение температуры сопровождается увеличением рассеивания электронной лавины и повышением электрической прочности. В температурной области, характеризующейся относительной подвижностью элементов структуры, повышение температуры сопровождается увеличением подвижности звеньев цепных молекул, увеличением ориентации перед разрушением и увеличением электрической прочности. После того, как способность упрочняться за счет ориентации полностью реализуется, дальнейшее повышение температуры будет сопровождаться уменьшением прочности. [c.256] В соответствии с развиваемыми представлениями кажется закономерной обнаруженная нами корреляция между максимальными значениями (определенными из температурных зависимостей) и температурами стеклования каучуков. [c.256] Испытания зависимости электрической прочности модельных вулканизатов от времени воздействия напряжения показали, что с увеличением времени воздействия напряжения электрическая прочность сначала резко падает, а затем остается примерно постоянной. Это объясняется, по-видимому, изменением механизма пробоя при достаточно большом времени воздействия напряжения. При этом возможен переход к тепловой форме пробоя. [c.256] Как следует из анализа приведенных выше результатов, разрушение полимерных тел под действием электрических сил протекает по законам, схожим с законами их разрушения под действием механических сил. В самом деле, разрушающее напряжение (механическое) характеризуется статистическим распределением пропорционально множителю при конечных скоростях нагружения увеличивается с увеличением интенсивности межмолекулярного взаимодействия зависит от размеров образцов. [c.256] Естественно, что взаимосвязь между различными видами энергии в процессе разрушения требует общего термодинамического подхода. [c.257] Как уже было обусловлено, под прочностью материала понимается его способность противостоять рарушению, т. е. прекращению сопротивления задаваемому процессу нагружения вследствие ряда причин, в частности вследствие больших пластических деформаций, которые в конечном счете могут привести к разрыву. Для хрупких материалов, не подверженных пластическим дефюрма-циям, этот термин может быть отнесен непосредственно к разрыву. [c.257] Согласно Губеру и Генки [336 337, с. 323], материал разрушается тогда, когда превышается некоторое предельное значение максимальной работы деформации. Математические выражения в теориях Губера и Генки одни и те же, но Генки рассматривает пластическое течение, а Губер — разрыв. [c.257] Губер и Генки предполагают, что изотропное сжимающее напряжение (давление) Р = —может быть сколь угодно большим, не вызывая разрушения материала, и изотропное растягивающее напряжение а 1 не оказывает влияния на пластическое течение, но может привести к разрыву, если превысит молекулярную когезию материала. Если же этого не происходит, то материал разрушается, когда т превышает некоторый предел максимальной работы изменения формы. [c.258] Теория Губера—Генки не учитывает скорости деформации. Однако известно, что скорость деформации заметно влияет на результаты испытаний и что игнорирование временной или скоростной зависимости не может привести к удовлетворительной теории прочности. Были предприняты попытки энергетического рассмотрения проблемы прочности с учетом скоростной зависимости [338 339, с. 12]. [c.258] Поскольку теория Губера—Генки дает хорошее согласие с экспериментом при малых скоростях деформации, то постулаты этой теории были взяты за основу ее дальнейшего развития. Все объемные деформации являются полностью обратимыми, т. е. чисто упругими. Поэтому соотношение между напряжением и деформацией является однозначным, и скорость деформации не оказывает на него никакого влияния. В связи с этим рассматривались только компоненты девиаторов напряжения и деформации и работа, связанная с изменением формы. [c.258] Внутренняя энергия равна разности между полной свободной энергией и кинетической энергией. Плотность следует ввести в рассмотрение потому, что первый закон термодинамики относится к единице массы. [c.259] Знак = относится к обратимым, а знак к необратимым процессам. [c.259] Вернуться к основной статье