ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процесс развития пластических деформаций из "Механические свойства твёрдых полимеров" В обычных условиях деформирования, когда образец растягивается при градиенте скорости порядка 10 с , сколько-нибудь заметное выделение тепла и повышение температуры могут происходить только в узкой области, в которой образуется шейка. Маршалл и Томпсон [13] вслед за Мюллером [14] предположили, что холодная вытяжка приводит к локальным скачкам температуры, и образовацие шейки обусловлено размягчением, которое является следствием повышения температуры материала. Устойчивость процесса растяжения в этой модели явления объясняется адиабатическим характером тепловыделений в области образования шейки при ее распространении по образцу с сохранением постоянного усилия растяжения. [c.267] Рассмотрим аргументы, выдвинутые Маршаллом и Томпсоно м в обоснование своей точки зрения. Исходным моментом их теории были изотермические диаграммы нагрузка — деформация, построенные для полиэтилентерефталата на рис. 11.13. Далее предполагалось, что процесс растяжения с высокой скоростью осуществляется в адиабатических условиях. Зависимость нагрузки от деформации подсчитывалась для адиабатического растяжения, исходя из предположения, что вся работа деформирования, производимая приложенной силой, переходит в тепло, рассеиваясь в образце, т. е. эта работа не затрачивается ни на накопление упругой энергии, ни на фазовые переходы, связанные с кристаллизацией полимера при растяжении. Практически расчет выполнялся для каждых 10% удлинения путем подсчета повышения температуры, обусловленного тепловыделениями при такой деформации проверка правильности расчета состояла в вычислении полной работы деформирования и сравнении ее с затратами энергии на суммарное повышение температуры образца. [c.267] Нет никаких сомнений, что заметные скачки температуры действительно возникают при обычных скоростях растяжения, так что представления Маршалла и Томпсона очень существенны для понимания процесса образования шейки в целом. Однако прямые калориметрические измерения показали [16], что при низких скоростях растяжения повышение температуры столь мало (не более 10 °С), что этот эффект не может объяснить образования и распространения шейки как следствие адиабатического разогрева. Позднее это было в явной форме продемонстрировано Лазуркиным [17], который осуществил холодную вытяжку резин (ниже их температуры стеклования) при очень низких скоростях в ква-зистатических условиях. Винсен 13] подтвердил этот результат, показав, что холодная вытяжка полиэтилена может осуществляться при очень низких скоростях растяжения в области комнатных температур. [c.269] Объяснение образования шейки эффектом адиабатического разогрева связано, по крайней мере частично, с тем, что процесс холодной вытяжки не рассматривался как самостоятельный по отношению к начальной стадии деформаций материала. Дальнейшее исследование процесса холодной вытяжки полиэтилентерефталата было предпринято Эллисоном и Уордом [18]. Полученные ими результаты показывают, что, хотя процесс растяжения в известной мере зависит от адиабатического тепловыделения при высоких скоростях деформации, эффект перехода через предел текучести не связан с этим явлением. [c.269] На основании экспериментальных данных, представленных на рис. 11.14, можно дать приближенную оценку температурного скачка, вызванного выделением тепла при растяжении. Для этого необходимы две серии экспериментальных --данных во-первых, зависимость напряжений, при которых происходит образование шейки, от скорости деформации во-вторых, зависимость предела текучести от температуры. При этом предполагается, что измеряемые напряжения в обоих случаях представляют собой меру сил, необходимых для осуществления крупномасштабных молекулярных перемещений, которые обусловливают возможность перехода через предел текучести и развитие шейки по образцу. [c.270] Из рис. 11.14 видно, что в области низких скоростей деформации как предел текучести, так и напряжения, отвечающие распространению шейки, изменяются с ростом скорости сходным образом. Если бы процесс распространения шейки оставался изотермическим, то напряжения образования шейки должны были бы увеличиваться с повышением скорости деформации и в, области высоких скоростей, аналогично тому, как это происходит с пределом текучести. Различие между предполагаемыми для изотермического режима растяжения напряжениями образования шейки и экспериментально измеряемыми значениями напряжения обусловлено эффектом разогрева. [c.270] Винсентом [3] значения температурных скачков, наблюдавшихся им в опытах с полиэтиленом и поливинилхлоридом. Очевидно, что эффекты, связанные с адиабатическим разогревом, становятся существенными при скоростях деформации порядка 0,1 мин . [c.271] Рассчитанные значения температурных скачков примерно согласуются со значениями, вычисленными по работе деформирования при условии, что никаких тепловых процессов, связанных с кристаллизацией полимера, не происходит. В действительности методом дифракции рентгеновских лучей было показано, что при холодной вытяжке волокон из полиэтилентерефталата происходит слабая кристаллизация полимера. [c.271] Резкий скачок температуры приводит к локальному возрастанию податливости, однако затем из-за практического отсутствия переноса тепла вдоль образца дальнейшая деформация начинает осуществляться за счет растяжения уже существующей шейки без образования новой. При этом податливость образца мала и поэтому напряжения монотонно возрастают до тех пор, пока не будет достигнуто критическое значение — предел текучести , при котором происходит срыв — скатаообразное возрастание скорости образования шейки (т. е. перехода неориентированного полимера в ориентированное состояние) в десятки раз с очень резким, отвечающим такой повышенной скорости, скачком температуры на десятки градусов и столь же резким падением нагрузки из-за размягчения материала. Это явление может многократно повторяться, приводя к автоколебательному механизму распространения шейки. Теоретически возможность такого неизотермического автоколебательного механизма образования шейки и границы соотношений параметров процесса растяжения, отвечающие этому механизму, рассмотрены в работе Г. И. Баренблатта (см., Механика твердого тела , 1970, 5, с. 121). Этот случай периодического адиабатического режима образования шейки тесно примыкает к представлениям о роли тепловых эффектов, рассмотренных в данном разделе, но, к сожалению, он не затрагивается автором монографии. — Прим. ред. [c.272] Предложенному выше объяснению падения нагруаки при переходе через предел текучести как следствия геометрического фактора противоречат экспериментальные данные Эндрюса и Уитни, которые показали [19], что падение нагруаки при переходе через предел текучести наблюдается также при сжатии полистирола и полиметилметакрилата. Эти наблюдения заставили Брауна и Уорда [20] провести детальный анализ эффекта падения нагрузки при переходе через предел текучести в различных условиях деформирования полиэтилентерефталата. Они исследовали изотропный и ориентированный образцы при растяжении, сдвиге и сжатии и установили, что, независимо от схемы нагружения, в большинстве случаев наблюдается отчетливо выраженный эффект падения нагрузки истинного напряжения, причем как в полимерах, так и в металлах. [c.273] При растяжении полимеров, как уже сказано, наблюдается только один максимум на деформационной кривой. Исследования Эндрюса — Уитни [19] и Брауна — Уорда [20] показали, что его происхождение связано с комбинированным эффектом — геометрическим фактором и внутренними свойствами материала, во всяком случае, причины падения нагрузки не могут сводиться лишь к геометрическим причинам. В частности, уменьшение наклона графика зависимости истинных напряжений от деформации еще не объясняет явления холодной вытяжки, как это предполагалось в модели Винсента. Важно заметить, что не все элементы объема образца одновременно следуют деформационной кривой, поскольку напряжение, необходимое для возникновения шейки, больше, чем требуется для ее равномерного распространения. Это соображение подтверждает, что невозможно предложить полную интерпретацию явлений возникновения шейки и холодной вытяжки, основываясь только на рассмотрении диаграммы Консидера, представляющей зависимость истинного напряжения от деформации, что уже отмечалось выше, в разделе 11.1.3. [c.274] Вернуться к основной статье