Главная | Обратная связь

Деформация, прочность и усталостная прочность полимеров.

Величина деформации полимеров зависит от температуры и скорости приложения нагрузки. Для аморфных полимеров характерно снижение прочности с увеличением температуры (при постоянной скорости деформации) и сростом скорости приложения нагрузки (при постоянной температуре). Стеклообразные и кристаллические полимеры могут подвергаться ориентационному упрочнению, которое заключается в ориентации структуры полимера, находящегося в высокоэластичном или вязкотекучем состоянии, при статическом.

Из-за механических потерь при деформации полимеров температура в образце при усталостных испытаниях обычно выше температуры окружающей среды. Количество энергии, рассеиваемой в образце в единицу времени, пропорционально модулю механических потерь Е", частоте и квадрату амплитудного значения деформации или напряжения.

В заключение следует отметить, что развиваемый авторами подход к изучению деформации полимеров в жидкостях, основанный на количественной оценке поглощения среды, позволяет более глубоко понять причины различного изменения деформационных свойств полимеров разной структуры и находящихся в различных физических состояниях, так как количество поглощенной жидкости связано с особенностями структурных перестроек в полимере при растяжении и определяет эффективность действия жидкой среды.

Существуют три вида хрупкого разрушения полиэтилена растрескивание под влиянием окружающей среды, термическое растрескивание и усталостное разрушение. Растрескивание под влиянием окружающей среды связано с химическим разрушением полимерного материала термическое растрескивание вызывается повышением температуры, а усталостное разрушение возникает в результате переменных напряжений или деформаций. Чтобы под влиянием окружающей среды произошло растрескивание, необходимо наличие трех совместно действующих факторов микротрещин на поверхности материала, активно воздействующих агентов и напряжений. Разрушение материала происходит в том случае, когда суммарные напряжения ,вызывающие образование трещин, превышают когезионную прочность. В этом случае трещины прорастают по местам наименьшего сопротивления. Возможно, это происходит по границам кристаллитных областей.

Усталостная прочность. С точки зрения практического использования полимерных материалов очень важным является усталостное разрушение, т. е. разрушение, вызываемое изменяющимися во времени напряжением и деформацией. Усталостная прочность определяется многими факторами, в том числе и предысторией полимерного материала, однако, самым важным из этих факторов является амплитуда напряжения.

Зависимость между амплитудой напряжения σ и логарифмом числа циклов нагружения до разрушения полимерного материала называют кривой Вёлера. Такие кривые наиболее объективно характеризуют основные усталостные свойства материалов. На рис. 4.20 приведены кривые Вёлера для ряда полимеров, для некоторых из них число циклов нагружения слабо зависит от амплитуды напряжения. Для таких полимеров существует определенный предел амплитуды напряжения, ниже которого разрушения материала не наблюдается при увеличении числа циклов до бесконечности. Эта предельная амплитуда напряжения называется пределом выносливости. Именно эта величина должна использоваться в инженерных расчетах на усталостную прочность конструкции из полимерных материалов, подвергающихся длительным периодическим воздействиям. Наличие предела выносливости характерно не для всех полимеров.

Аналогично для металлов черные металлы имеют предел выносливости, цветные - не имеют. При отсутствии предела выносливости полимерные материалы, как и металлы, характеризуются амплитудой напряжения, соответствующей 107 циклам испытаний до разрушения.

Предел выносливости многих аморфных полимеров, таких как полистирол, полиметилметакрилат, поликарбонат, полифениленоксид и другие, составляет около 20% от статистического разрушающего напряжения, для полиамида 66 эта величина возрастает до 30 %, для полиметиленоксида - до 60%. Ударопрочные полимерные материалы, являющиеся, как правило, смесями полимеров, обладают незначительной усталостной прочностью. Это объясняется легкостью образования трещин серебра на границе раздела жесткой и эластомерной фаз. В рассматриваемом случае трещины серебра играют отрицательную роль, так как они способствуют образованию усталостных трещин разрушения. Рост последних происходит скачкообразно: на первом этапе, после нескольких циклов нагружения, на втором - при каждом цикле нагружения. Элементарные акты усталостного разрушения отражаются на поверхности разрушения - она имеет полосатую структуру, причем на той части поверхности, что отвечает заключительному этапу разрушения, число полос равно числу циклов нагружения полимера.