ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Современные теории прочности полимеров из "Применение полимерных материалов в конструкциях, работающих под нагрузкой" В работах Г. М. Бартенева еще раньше из соображений физики было выведено уравнение с аналогичным предэкспоненци-альньш множителем. [c.125] Здесь будет рассмотрена возможность определения величин Л и а косвенным путем — посредством обработки деформационных данных (или кривых ползучести). В уравнениях (III, 20) и (III, 21) деформации в явной форме отсутствуют. Чтобы показать допустимость использования деформационных данных для определения коэффициентов Аша, необходимо исследовать механизм работы образца полимера под действием внешней силы, вызывающей появление напряжения а, входящего в уравнение (III, 20). [c.126] Журков в упомянутых докладах указал, что разрушение полимера по истечении времени Ткр. происходит с разрывом валентных связей молекул. Разрушение по валентным связям возможно в одном единственном случае, а именно — когда упругие и высокоэластические деформации завершились, т. е. молекулы выпрямлены, а суммарные межмолекулярные силы, действующие по всей длине молекул, больше, чем прочность валентных связей по их поперечному сечению (молекуле легче разорваться, чем переместиться относительно другой молекулы). Это утверждение равносильно признанию того, что деформирование образца под действием внешней силы в течение всего времени вплоть до т р. происходит в режиме вынужденной эластичности (это важно при рассмотрении памяти полимеров на нагрузку). [c.126] Таким образом обрабатывают экспериментальные деформационные кривые для всех испытанных напряжений. [c.127] Следует сразу оговорить, что ошибка в определении величин Л и а но рассмотренному методу по сравнению с прямым определением долговечности Ткр. будет тем больше, чем больше скорость приложения нагрузки при определении величины конечной деформации (при разрушении образца или потере устойчивости ). [c.127] Представление о порядке величин энергии и стерического коэффициента 7 в уравнениях (III, 21) и (III, 23) можно получить из данных табл. 21. [c.128] Теория прочности С. Н. Журкова основывается на флуктуа-ционном механизме разрушения химических связей в течение времени Ткр.. Вследствие этого основным уравнением долговечности полимеров является уравнение (III, 21). [c.128] Рассмотренный здесь прием определения Ткр. из уравнения (III, 24) с точки зрения флуктуационной теории является неприемлемым по существу, хотя формально с его помощью можно определять значения коэффициентов Л и а, сравнимые с величинами, полученными из уравнения (III, 20). [c.128] Первый тип памяти на нагрузку, характеризующейся остаточными деформациями, может быть определен как память упругого последействия . Второй тип памяти характеризуется частичной потерей прочности от действия предыдущей нагрузки. [c.129] Теоретически было показано что прн решении дифференциального уравнения, характеризующего ряд времен запаздывания 02, имеющихся в реальном полимере, появляется произвольная постоянная. Это означает, что при времени наблюдения, равном нулю, образец полимера может содержать остаточные деформации, возникшие от ранее действующих нагрузок. [c.129] В сущности, вынужденноэластические деформации, остающиеся после разгружения стеклообразного полимера, объясняются также памятью полимера к ранее приложенным нагрузкам. [c.129] Какая роль при этом принадлежит механизму деформирования образца в режиме вынужденной эластичности нри температуре ниже Тс полимера или в режиме высокоэластичности в интервале температур Т — T-i, остается совершенно неясным. Те немногие эксперименты, которые в настоящее время известны (например, рис. 10, стр. 49), указывают на важную роль высокоэластической доли суммарных деформаций полимерных материалов в обеспечении надежности сооружений. Возрастающее число таких исследований позволило бы инженерам получать экспериментальные доказательства ряда предположений, пока только умозрительных. [c.130] Ползучесть винипласта и полиметилметакрилата при растяжении (при 18° С) исследовали двояким образом. Одну группу образцов предварительно подвергали действию напряжения 264 кгс1см в течение 300 ч (тренировка), а другую — нет. Все образцы подвергали испытанию на ползучесть. Найденная скорость ползучести была одинаковой для тренированных и нетренированных образцов, абсолютная же величина суммарных деформаций для тренированных образцов была меньше (рис. 57), и разность в значениях деформаций увеличивалась по мере увеличения напряжения, при котором производилось испытание. Так как по условиям опыта ползучесть винипласта протекала в режиме вынужденноэластической деформации, в настоящем случае память полимера на предыдущую нагрузку относится к первому типу ( память упругого последействия ). Это как раз тот случай, когда память может быть снята посредством нагревания образца выше Тс полимера. [c.130] Второй вид памяти полимеров на нагрузку принципиально отличается от только что рассмотренного. Он был выявлен экспериментально нри испытании хлопковых, ацетатных и найлоновых волокон. Например, исследовалась ползучесть при 26° С ацетата целлюлозы, содержащего 40% пластификатора (рис. 58). Образцы, растянутые на 25 и 53%, подвергались проверке на восстановление деформаций носле разгружения при той же температуре 26° С (рис. 59). При нагревании образцов до 70° С деформации полностью восстанавливались. Из этих данных можно сделать два важных заключения 1) долговечность полимера (время до разрушения) является функцией напряжения 2) необратимые деформации при ползучести являются вынужденноэластическими. Первое заключение подтверждает уравнения (III, 20) и (III, 21). Второе заключение подтверждает наше толкование явлений тренировки (рис. 57). [c.132] Основной вывод может быть сформулирован так долговечность полимера (время до разрушения) остается одинаковой независимо от того, действует ли это напряжение непрерывно до разрушения или периодами (короткими или длинными), чередующимися с периодами отдыха . Этот вывод был подтвержден при исследовании текстильной пряжи, отдельных волокон и жгутов хлопка, шнуров найлона и волокон разных видов искусственного шелка. Кроме того, этот результат был зафиксирован при исследовании полиметилметакрилата, капрона, вискозы. [c.133] Второй рассмотренный механизм памяти , таким образом, может быть назван памятью необратимого разрушения . [c.134] Если теперь просуммировать все факты, относящиеся к обоим механизмам памяти , получается следующий результат при ползучести полимеров имеются оба механизма памяти , если только время отдыха существенно меньше времени запаздывания. [c.134] Наличие второго механизма памяти приводит к необходимости признать возможность химического течения полимеров, которое впервые было описано в работе Под химическим течением следует понимать ползучесть полимера, когда суммарные силы взаимодействия между соседними молекулами существенно превышают химические связи, образующие молекулу полимера, и когда локальные напряжения в образце превышают прочность химической связи. При этом необратимые деформации могут возникнуть в тех случаях, когда не происходят реакции взаимодействия разорванных концов молекул с образованием рекомбинированных молекул той же или большей длины. [c.134] Чтобы перейти теперь к вопросу о взаимоотношении обоих механизмов памяти , вернемся к работе Обработка автором приведенных в этой работе кривых ползучести винипласта и полиметилметакрилата при 18° С дала результаты, показанные в табл. 22 и па рис. 60. [c.134] Из этих данных можно видеть, что вязкость тренированных образцов выше вязкости нетренированных (это указывает на воз-растанпе роли межмолекулярного взаимодействия молекул полимера по мере развития вынужденноэластической деформации). [c.134] Вернуться к основной статье