ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Временная зависимость прочности полиэтилена из "Статическая усталость полиэтилена" Закономерности, определяющие прочность твердых тел, вполне применимы и к полиэтилену. Вместе с тем, разрушение этого термопласта характеризуется рядом особенностей, на которых мы остановимся ниже. [c.100] Поведение полиэтилена в процессе деформации легко проследить с помощью обычных испытаний на разрывной машине. [c.100] В дальнейшем шейка стабилизируется и начинает распространяться на весь деформируемый объем. Стабилизация сопровождается резким падением напряжения в образце. Последующее растяжение приводит к коренной перестройке его структуры. Происходит так называемая рекристаллизация полиэтилена, при которой кристаллиты ориентируются в направлении силового поля. На кривых растяжения участок рекристаллизации приблизительно параллелен оси абсцисс, т. е. напряжение на этом промежутке сохраняется постоянным. [c.101] Ранее предполагали, что образование шейки и рекристаллизация полиэтилена, а также других кристаллических термопластов основаны на местном нагреве и размягчении материала. [c.101] К моменту завершения рекристаллизации структура образца становится однородной в направлении растяжения. Последующее растяжение ориентированного материала сопровождается ростом напряжения вплоть до разрыва. Заключительный этап деформации характеризуется частичной линейностью кривой, т. е. здесь снова воспроизводится гуковский участок. [c.102] На механизм деформации полиэтилена температура влияет специфически. На рис. 45 представлены кривые растяжения линейного полиэтилена при различных температурах [64]. С ростом температуры форма кривых меняется. Различие между пределом текучести и напряжением рекристаллизации уменьшается, что указывает на постепенное исчезновение местных упрочнений. Соответственно, на кривой исчезает и максимум напряжения. Наконец, при определенной температуре, близкой к точке плавления кристаллической фазы, деформация образца становится равномерной по всей его длине. Достигаемая при этом ориентация структуры отличается однородностью и стабильностью. [c.102] Ход пластического разрушения полиэтилена следующий. Сначала происходит равномерное удлинение образца, наблюдаемое до момента образования шейки, затем — течение и рекристаллизация шейка распространяется на весь деформируемый объем, который остается неизменным. В заключение образец из уже ориентированного материала растягивается до разрушения. Напряжение при этом несколько возрастает. [c.102] Механизм пластического разрушения полиэтилена в целом характерен для многих пластиков. [c.103] Как правило, пластическое разрушение происходит при относительно небольших значениях экспериментального времени, поэтому значительной поврежденности структуры не наблюдается. В этом случае протекают специфические усталостные процессы. Известно, что механические свойства полимерных материалов и, в частности, их прочность зависят от проявления сил двоякого рода. Во-первых, между отдельными молекулярными цепями существуют силы молекулярного взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса). Во-вторых, между элементами каждой отдельной цепи действуют несравненно более мощные силы валентных связей. Этим обусловлена резкая анизотропия свойств материала вдоль и поперек цепи. В направлении ориентации прочность образца значительно возрастает, а в перпендикулярном —уменьшается. Между ориентированными макромолекулами действуют ван-дер-ваальсовы силы. Хотя они и уступают силам химического воздействия, тем не менее при разрыве образца, по-видимому, разрушению подвергаются именно валентные связи. Это объясняется значительной протяженностью макромолекул, обеспечивающих интеграцию малых в пределах одного сегмента вторичных сил. Суммируясь, эти силы оказываются большими, чем силы валентных связей. В результате последние разрушаются. [c.103] До сих пор авторы сознательно не учитывали временной фактор, сконцентрировав все внимание на общих вопросах механической прочности полиэтилена. Теперь обратимся непосредственно к усталостным явлениям, наблюдаемым при длительной эксплуатации полиэтиленовых изделий. [c.103] Простейшие испытания полиэтилена на разрывной машине указывают на зависимость прочности этого термопласта от времени. К такому выводу приводит, например, анализ рис. 44. Здесь необходимо отметить два обстоятельства во-первых, зависимость прочности от скорости деформации и, следовательно, от времени во-вторых, сравнительно медленное возрастание прочности при значительном увеличении скорости. [c.103] Параллельное расположение прямых на рис. 46 указывает на универсальность константы к,п, одинаковой для известных полимергомологов ряда полиолефинов. [c.104] Если скорость нагружения мала (и — 0). то долговечность в соответствии с уравнением (127) становится бесконечно большой, что подтверждает очевидный физический результат. В самом деле, при достаточно малых скоростях нагружения практически невозможно достигнуть разрушающего напряжения даже при длительном испытании. [c.104] Таким образом, долговечность полиэтилена при постоянной скорости определяют по формуле (127). [c.104] Общим недостатком математических моделей является ненаблюдаемость критериальных величин. Но Говард показал, что процесс разрыва можно проследить с помощью непрерывного измерения определенного свойства вещества. Он наблюдал, как перед разрывом образец ацетата постепенно становится белым и непрозрачным, что свидетельствует о неоднородности нагруженного материала. [c.105] Из предыдущего становится ясным, что разрушение (нарушение сплошности) — непрерывный временной процесс, который складывается нз необратимых механических, физических и химических изменений, происходящих в материале. [c.105] Выше мы рассмотрели временную зависимость прочности при постоянной скорости деформации. Теперь математически промоделируем процесс разрушения и исследуем временную зависимость прочности полиэтилена в условиях приложения к образцу постоянной нагрузки или напряжения. [c.106] Рассмотрим полиэтиленовый стержень, длительно растягиваемый некоторой постоянной нагрузкой Р. Обозначим его начальную длину и поперечное сечение соответственно через /о и Ро. Предварительно условимся, что начальное напряжение в стержне достаточно велико и, следовательно, ползучесть вполне ощутима. [c.106] Долговечность образца т определяют как время, при котором поперечное сечение образца обращается в нуль или /— -оо, что соответствует условию несжимаемости Ро1о=Р1. [c.106] Из формулы (134) следует, что произведение долговечности на степень начального напряжения есть некоторая постоянная T,a = onst. Пользуясь этим соотношением, можно определить долговечность для любого из выбранных напряжений. Указанное условие выполняется при сравнительно больших напряжениях. [c.107] Вернуться к основной статье