ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние внешних факторов на процесс разрушения полимеров Временная зависимость прочности твердых тел из "Прочность полимеров" Недавно были рассмотрены изменения, которые происходят в элементарных волокнах, составляющих нить капронового корда, после разрушения нити на динамометре при однократном растяжении или в процессе многократного растяжения 181, а. [c.120] Один из типичных случаев разрыва волокна на динамометре (однократное воздействие) показан на рис. 102. Оборванный при разрыве конец имеет ровный край, вокруг которого расположен венчик из тонкой пленки. Эта пленка образуется на поверхности волокна при формовании. Она хорошо заметна на снимке, сделанном в поляризованном свете. [c.120] При многократных воздействиях характер разрушения волокна мной происходит постепенное разрастание имеющихся и вновь возникающих дефектов волокна. Был предложен следующий механизм разрушения волокна при многократном растяжении . Дефект, образовавшийся в точке Л, распространяется в глубь волокна (рис. 103, а). Вследствие ориентационного упрочнения материала в определенный момент рост дефекта перпендикулярно направлению ориентации цепей прекращается (упрочнение в клине растущего дефекта АБ становится равным напряжению на участке БМ). Однако в ненагруженной зоне / напряжение меньше, чем в нагруженной зоне //, Поэтому вдоль направления ориентации молекул происходит скол Б1, который развивается до тех пор, пока напряжения в зоне / и // не выравняются (точка К). Однако в зоне I релаксационные процессы проходят быстрее, так как она менее напряжена. Поэтому через некоторое время равенство напряженности зон / и II в точке К нарушается и скол продолжает распространяться дальше. При этом форма участка АБК может меняться (на рис, 103, а это показано пунктиром). [c.121] Образование скола БК разгружает дефект А Б и прекращает его дальнейшее развитие в поперечном направлении. [c.121] Но на сколе БК может находиться или возникнуть дефект В (рис. [c.121] Г вследствие дальнейшего ориентационного упрочнения он залечится и перейдет в скол Г Д. Точно такил1 же образом дефект О может распространяться далее по ЦЕЖ и т. д. Наконец, когда нагрулсенным остается лишь небольшое сечение ЖЗ, нагрузка, прикладываемая к волокну в процессе испытания, становится равной его прочности и происходит одновременный разрыв всех имеющихся в этом сечении молекулярных цепей. [c.121] На рис. 104, а, б видны дефекты в начале развития разрыва. Стрелка К направлена па довольно значительный дефект. Из снимка в поляризованном свете видно, что отогнутая часть волокна уже в значительной степени отрелаксировала. На рис. 104, в, г показан дефект еще большей величины. Это один из типичных сколов. Снидюк сделан через некоторое вре.мя после испытания, поэтому в ненагруженной зоне релаксационные процессы прошли довольно глубоко, что заметно не только на снимке в поляризованном свете, но и по самому положению этого участка волокна. [c.121] Разрушение сложной кордной нити при многократном воздействии проходит через стадии разрывов элементарных волокон по обоим рассмотренным выше механизмам. Сначала некоторые из элементарных волокон разрушаются вследствие постепенного развития макродефектов. Когда число оставшихся волокон будет столь мало, что прилагаемая во время испытания нити нагрузка станет равной их прочности, произойдет разрыв волокон, аналогичный рассмотренному выше случаю разрушения на динамометре. На рис, 106, а показано несколько волокон, взятых из участка )азрыва нити после испытаний на многократные деформации. 3 этой микрофотографии видно, что концы волокон могут быть двух типов либо ступенчатые (разрыв на ранней стадии многократного растяжения), либо ровные (разрыв в последней стадии утомления). Такой же характер имеет картина разрушения волокон кордного каркаса шины при стендовых испытаниях (рис. 106, 6). [c.123] На рис. 108 сопоставлены изотермы растяжения ксантогенат-ного волокна , а также свежеполученного воздушносухого и вновь набухшего вискозного волокна. [c.125] Полагают , что максимальная относительная длина jp имеет определенный физический смысл и связана с завершением процесса ориентации. Это положение вызывает известные возражения в результате перенапряжения в местах дефектов предельная ориентация в микрообъемах может быть уже достигнута, хотя деформация образца в целом не соответствует предельноориентированному состоянию. [c.125] Деформацию частей образца после разрыва продолжают так. что предыдущее растяжение изотропного образца принимается за нуль. После такого предварительного растяжения для ксанто-генатного волокна (кривые /, 2, 3, 4 на рис. 109) образцы растягивались до большей конечной деформации и достигались большие значения разрушающего напряжения, чем для воздушносухого волокна, изотерма деформации которого соответствует пунктирной линии (см. рис. 109). В связи с этим становится понятным технологическое значение процесса вытяжки. Чем больше достигнутое значение общего растяжения, тем больше значение разрушающего напряжения. [c.126] Взаимосвязь между разрушающим напряжением и степенью ориентации установлена методом, использующим явление двойного лучепреломления. При сравнении значений разрушающего напряжения и двойного лучепреломления нитей оказалось -, что при разрыве достигается определенная степень ориентации. Это справедливо для всех типов вискозы независимо от молекулярного веса и содержания увлажняющего агента (рис. 110). [c.126] Таким образом, сделанный ранее на основании экспериментальных данных (см. рис. 109) вывод о том, что волокна к моменту разрыва должны достигать возможно больших значений общей деформации, может быть уточнен. К моменту разрыва волокна должна бытЬ достигнута возможно большая степень ориентации. [c.126] Рис по. Напряжение и двойное лучепреломление при разрыве различных предварительно сильно вытянутых волокон из различных типов вискозы . [c.127] Сделанное выше замечание о роли перенапряжений в этом случае также остается в силе. [c.127] Определение среднего значения угла ориентации с помощью двойного лучепреломления имеет то преимущество, что метод применим как к кристаллической, так и к аморфной фазе. [c.127] При феноменологическом рассмотрении процесса разрушения установлено наличие двух фаз разрушения а) фазы, зависящей от теплового движения кинетических единиц, и б) фазы, не зависящей от этого движения. Эти две фазы соответствуют характерным областям на поверхности разрыва (гладкой н шероховатой) и различаются скоростями роста поверхности разрыва. Скорость роста поверхности разрыва может быть оценена путем разметки поверхности ультразвуковыми импульсами или с помощью скоростной киносъемки. [c.127] Зеркальной области поверхности разрушения при хрупком разрушении соответствует медленный рост микротрещин. На этой стадии процесс в сильной мере зависит от температуры и времени. Переход к атермической фазе разрушения характеризуется сильным возрастанием скорости распространения фронта разрыва. [c.127] Разрушение полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, имеет свои особенности. Медленная стадия в отличие от хрупкого разрыва дает шероховатую, а быстрая—зеркальную зону поверхности разрыва. В высокоэластическом состоянии полимеры проявляют способность к дополнительной ориентации к области распространения разрыва. Микродефект в этом случае уже нельзя называть микротрещиной, так как он имеет при одноосном растяжении форму овала или полуовала. Большая скорость протекания релаксационных процессов по сравнению со скоростью нагружения обусловливает рассасывание напряжений и образование тяжей в области разрыва. Материал до нагружения (или при малых степенях нагружения) существенно отличается как по структуре, так и по релаксационным свойствам от материала, подвергающегося механическому разрушению. Структура материала и его свойства в месте роста области разрыва иные, чем в других частях образца. Эти локальные отклонения свойств частично характеризуются степенью дополнительной ориентации. В диапазоне температур и скоростей деформации, в которых понижение температуры (или повышение скорости деформирования) сопровождается уменьшением степени дополнительной ориентации, наблюдается аномальная температурная и скоростная зависимости прочности. Это область перехода от высокоэластического к хрупкому разрушению. Переход от одного механизма разрушения к другому удается наблюдать либо на полимерах, находящихся при температуре опыта в различных состояниях, либо на одном полимере при температурах, соответствующих различным состояниям. Особенно удобно проводить такое исследование с помощью скоростной киносъемки в поляризованном свете. [c.128] Вернуться к основной статье