ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разрушение полимеров в стеклообразном состоянии из "Прочность полимеров" При описании разрушения тел, находящ,ихся в стеклообразном состоянии, весьма плодотворной оказывается гипотеза слабых мест, согласно которой хрупкие тела содержат большое число дефектов, очень сильно влияюш,их на прочность. Эти дефекты могут быть обусловлены нарушением регулярности строения вещества, микротрещинами и микрозарубками, а также инородными включениями. Каждый дефект создает возможность концентрации напряжения в непосредственной близости от него. Наиболее опасные неоднородности являются исходными точками, с которых начинается разрушение. [c.72] В настоящее время еще не накоплено достаточно данных о размерах отдельных дефектов в полимерных материалах. Надежные данные имеются только для силикатных стекол . Оказывается, что средняя величина микротрещин в силикатных стеклах составляет 5 10 см. Наименьшая величина микротрещин 5-10 СЛ. Концентрация микротрещин в массивном куске стекла велика. Распределение микротрещин сильно зависит от формы изделия. В вытянутых из стекла нитях диаметром приблизительно 10 см практически не содержится микротрещин. [c.72] Исходя из гипотезы существования микродефектов и задаваясь частными случаями (размер, форма и ориентация микродефектов, размер и форма образца, определенный вид деформации), различные авторы пытались установить взаимосвязь между технической прочностью материала и сопротивлением разрыву самих макромолекул 1. Однако эти попытки оказались неудачными вследствие того, что расчеты производились без учета фактора времени и в них недооценивалось тепловое движение элементов структуры, играющие важную роль в процессе разрыва. Экспериментальные данные не согласуются с результатами подобных расчетов . [c.72] Рис 45. Изменение потенциальной энергии с изменением расстояния между двумя элементами структуры в ненапряженном образце . [c.74] На рис. 47 показана сплошной кривой теоретическая зависимость долговечности от напряжения и нанесены экспериментальные данные для различных стекол В—коэффициент, зависящий от температуры). [c.75] Сопоставление теоретической зависимости долговечности от напряжения с экспериментальными значениями . [c.75] Первый случай встречается, когда число микродефектов в образце, приходящихся на единицу объема, незначительно. При разрыве образуется совершенно гладкая зеркальная поверхность, совпадающая с поверхностью микротрещины. [c.76] Во втором случае первичная трещина сливается с другой, менее опасной, и процесс разрастания трещин на некоторое время приостанавливается. Однако в дальнейшем разрастание трещин продолжается, многократно приостанавливаясь и начинаясь вновь, до тех пор, пока образец совершенно не разрушится. Таким образом, механизм II обусловливает необратимое изменение структуры трещин, предшествующее непосредственному разрушению образца. Этот механизм учитывает тепловое движение, которое играет, по мнению ряда исследователей, существенную роль на первой фазе разрушения. [c.76] Третий механизм, обусловленный большой концентрацией микродефектов, лучше всего описывается атермическим распространением области разрыва. В начале разрыва в процессе разрушения принимают участие микротрещины, близко прилегающие к фронту разрыва. Они расположены параллельно поверхности разрыва и довольно опасны. По мере распространения фронта разрыва несущее нагрузку сечение уменьшается, а напряжение, приходящееся на это сечение, возрастает. Полагают , что по мере распространения области разрыва все большее число микротрещин становится критическим. Однако концепция непрерывного развития разрушения во времени исключает возможность мгновенного распространения области разрыва после достижения критического напряжения, как это, например, представляется Гриффитом . [c.76] По мере увеличения напряжения в рабочем сечении образца, а следовательно, и напряжений в вершинах трещин, скорость их разрастания увеличивается. В дальнейшем будет показано , что скорость распространения области разрушения увеличивается скачкообразно, что и создает видимость критического характера разрушения. [c.76] В соответствии с представлениями Смекала, первичные микротрещины являются исходным пунктом вторичных разрушений, поверхности которых соединяются с поверхностью начального разрушения. [c.76] Наряду с поверхностью первичного акта разрушения на определенной стадии происходят вторичные акты разрушения и возникают соответствующие им поверхности разрыва. Поверхности, соответствующие вторичным актам разрушения, ориентированы в пространстве иначе, чем поверхности первичного акта, и разграничены четкими линиями пересечения. Поэтому поверхность, образованная при разрушении образца, в целом шероховатая и испещрена линиями пересечения трещин. [c.77] Если при растяжении образца из силикатного стекла образуются две трещины, то поверхности, образованные при их разрастании, стремятся слиться в одну поверхность. Этот случай схематически иллюстрируется на рис. 49. [c.77] На рис. 50 показана поверхность разрыва цилиндрического стеклянного образца, содержащего описанные области. Отчетливо видны зеркальная и шероховатая зоны. Переходная зона мала. Подобные поверхности разрыва характерны для большинства образцов силикатных стекол. В виде исключения встречается раковистый излом (рис. 51), образующийся при деформации изгиба или кручения, а также при грубой неоднородности материала. [c.77] Поверхность разрыва образца полиметилметакрилата (рис. 52) отличается от поверхности разрыва образца силикатного стекла менее отчетливой разницей между зеркальной и шероховатой областями. Зеркальная область, расположенная в нижней части изображения (рис. 52, а) не гладкая, а покрыта радиально расходящимися линиями (рис. 52, б). [c.77] На рис. 53 даны последовательно увеличенные изображения зеркальной и переходной зон. На рис. 53, б отчетливо видна зеркальная зона с тонкими волокнистыми штрихами, тянущимися от переходной зоны. На рис. 53, г внутренняя зеркальная зона находится почти посредине и имеет элиптическую форму с полуосями —20 и 30 мк. Зеркальная зона испещрена радиальными линиями и внутри нее отчетливо различается первичный дефект. [c.78] Недавно был изучен рост трещин в образцах прямоугольного и круглого сечения, изготовленных из пластин полистирола и полиметилметакрилата, пластифицированного 2% дибутилфта-лата. Действйе растягивающих напряжений порядка нескольких кгс1мм приводит к тому, что на поверхности этих материалов образуются трещины. На рис. 54 приведена фотография в проходящем свете (наблюдение в направлении / на рис. 55) боковой поверхности образца полиметилметакрилата. С двух противоположных поверхностей образца снимали слои растрескавшегося материала и наблюдали их в направлении II (см. рис. 55). Как видно из рис. 56. трещины расположены в плоскостях, перпендикулярных оси растяжения образца. Видно также, что трещины проникли в глубь материала на расстояние i=s0,2—0,3 мм, что не согласуется с критическими размерами микротрещин, предсказываемыми на основе теории Гриффита. [c.78] Трещины наблюдали также в плане (по направлению III на рис. 55) через полированную поверхность распила, перпендикулярную оси растяжения. При этом наблюдение в проходящем свете ничего не давало. В отраженном свете (см. рис. 56) отчетливо видны интерференционные картины в поверхностных слоях материала. При использовании белого света картины были цветные. Явление интерференции вызвано тем, что каждая из рассматриваемых трещин представляет собой нечто вроде воздушного клина, входящего с внешней поверхности в глубь образца. Форма и размеры одной из трещин схематически воспроизведены на рис. 57 . [c.78] Изображение трещин на рис. 57 было получено на основании интерференционной картины, наблюдаемой при рассмотрении трещин в направлении III (рис. 55) в отраженном свете. Наблюдаемая при этом картина изображена на рис. 56, где пунктирной линией обозначена внешняя поверхность образца. [c.82] Интерференционные картины (см. рис. 56) состоят из налагающихся друг на друга семейств полос, имеющих форму усеченных парабол. Примерно на одинаковом расстоянии от растрескавшейся поверхности в глубь образца находятся вершины наружных полос. Общая огибающая полоса почти параллельна поверхности образца. Полосы локализованы в основном в плоскостях, перпендикулярных оси растяжения. Они начинаются и заканчиваются на растрескавшейся поверхности. Каждое семейство полос принадлежит одной трещине. [c.82] Вернуться к основной статье