ripi » Сб май 19, 2012 1:18 pm
теория прочности полимеров
Прочность характеризует способность материалов противостоять разрушению (разрыву связей между элементами тела, приводящему к разделению его на части) под действием внешних сил и внутренних напряжений. Прочность характеризуется пределом прочности (σр - разрывное напряжение), который выражается величиной нагрузки, отнесенной к единице вновь образуемой поверхности. Различают разрушения хрупкое и пластическое. Теоретические модели прочности полимеров можно подразделить на механические, термодинамические и кинетические.
Механический подход характеризуется тем, что разрушение рассматривается как результат потери устойчивости образцов или изделий, находящихся в поле внешних и внутренних напряжений. Считается, что для каждого материала имеется определенное предельное напряжение, при котором изделие теряет устойчивость и разрывается. Это напряжение принимается за критерий прочности материала или изделия.
При механическом воздействии на изделия из полимерных материалов также происходит их растрескивание. Микротрещины образуются не только на поверхности, но и в объеме образца. После снятия нагрузки микротрещина сохраняется и при приложении любого растягивающего усилия снова начинает расти.
Следует иметь в виду, что процесс кристаллизации всегда начинается с поверхности . Валовая скорость этого процесса больше у поверхности, нежели в середине , откуда затруднен процесс теплоотвода из-за малой теплопроводности полимеров. Концентрация центров зародышеобразования у поверхности в силу тех же причин больше. Все это приводит к тому, что растущие на поверхности поликристаллы, вытягивая из более горячего и менее вязкого внутреннего объема макроцепи полимера создают в этих областях внутренние напряжения, уменьшают в них плотность упаковки макромолекул, чем уменьшают прочность в целом. Сталкиваясь в процессе роста с соседями приповерхностные поликристаллы вырастают до меньших размеров, но более совершенны нежели структурные образования в средних областях . В результате поверхностные слои вносят наибольший вклад в его прочность.
Использование полимеров в условиях действия динамического (меняющегося во времени) напряжения приводит к постепенному изменению его свойств и структуры - утомлению. Характеристика утомления, выраженная в единицах времени, необходимого для разрушения образца под действием переменной нагрузки, называется динамической долговечностью.
Число циклов нагружения, необходимое для разрушения образца определяет сопротивление утомлению.
В общем, все изменения структуры и свойств материалов под действием внешней нагрузки за конечный промежуток времени независимо от характера нагрузки называют усталостью. Как и любой процесс, связанный с изменением структуры и свойств полимеров, усталость зависит от комплекса условий испытания материала: характера и размеров прилагаемого напряжения, формы, типа испытуемого материала (пленка, волокно или пряжа и т.д.), температуры и т.д. В зависимости от условий испытания получаются совершенно различные и даже противоречивые результаты, поэтому их можно сравнивать только если они получены при одинаковых режимах испытания и внешних условиях.
При нагревании выше температуры стеклования полимер переходит в высокоэластическое состояние. Переход связан с реализацией сегментальной подвижности, что обеспечивает резкое увеличение спектра конформационных превращений. В этих условиях под действием внешнего напряжения в полимерах могут происходить значительные обратимые деформации. Высокая подвижность полимерных цепей способствует развитию релаксационных процессов и значительно увеличивает время релаксации. В этих условиях рост трещин замедляется. Процесс разрушения происходит в две стадии. Первая стадия очень медленная, вторая быстрая. Скорсоть первой стадии настолько мала, что практически невозможно заметить рост трещин. В образце накапливается напряжение. Рост надрыва сопровождается уменьшением сечения и увеличением напряжения в образце, что способствует ориентации и упрочнению его. При определенном напряжении в месте начала разрушения (трещина или надрез) при растяжении появляется волокнистая структура
Образовавшиеся тяжи рвутся в разных местах, что приводит к образованию шероховатой поверхности в месте разрыва образца.
Кроилово ведет к Попадалову