Статья по теме: Квазихрупком состоянии

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

В квазихрупком состоянии полимера п—\, а в хрупком состоянии следует предположить, что п~>\. Это объясняется тем, что в квазихрупком состоянии в вершине трещины происходит вынужденная высокоэластическая деформация и полимерные цепи ведут себя как квазинезависимые. В хрупком состоянии полимерные цепи вследствие отсутствия молекулярной подвижности в вершине не могут разрываться квазинезависимо, без участия соседних. Если область перенапряжения и флуктуация охватывает несколько полимерных цепей, то происходит групповой разрыв связей. Групповой механизм разрыва связей в полимерной цепи обоснован теоретически [4.91], а также методом машинного моделирования (см. гл. 2).[2, С.152]

В квазихрупком состоянии [7.22, 7.29 — 7.32] при некоторой длине растущей трещины наблюдается аномально быстрое, почти скачкообразное увеличение скорости ее роста (см. рис. 5.6). Можно дать этому два объяснения. Первое объяснение [7.32] связывает это явление с переходом от изотермических к адиабатическим условиям в вершине трещины при некоторой субкритической скорости роста трещины. Второе объяснение связывает его с р-релаксационным процессом.[2, С.209]

Первое объяснение предпочтительнее. В квазихрупком состоянии «пластическая» (вынужденная высокоэластическая) деформация в вершине движущейся трещины сопровождается механическими потерями первого вида. При большой скорости выделяемая теплота не успевает отводиться, и трещина при повышенной локальной температуре растет ускоренно. На участке BD (см. рис. 5.6) происходит переход от изотермического режима к адиабатическому, и скорость роста трещины вместе с локальной температурой увеличивается быстро вплоть до субкритической скорости, которая, как и модуль упругости, слабо зависит от температуры, если разогрев не приводит к плавлению. Пройсс [7.33] наблюдал на поверхности разрушенного полиэтилена следы расплавленного материала. Локальный разогрев в растущей трещине наблюдался экспериментально [7.30]. Эта проблема будет обсуждаться далее при рассмотрении циклической долговечности.[2, С.209]

Рве. 6.16. Полная изотерма долговечности ПММА в квазихрупком состоянии (образец-полоска шириной L-=10 мм с начальной микротрещиной /о=9,5 мкм) при 20 °С, согласно теории (кривая ABD), и ее составляющие — тсрмофлуктуационная Тф (кривая J) и атермическая тк (кривая 2), а также экспериментальная зависимость по данным (5.13, 6.40] (кривая 3) и изотерма долговечности ПММА в хрупком состоянии при —170 °С (кривая 4).[2, С.177]

Определим из (11.49) значение температурного коэффициента энергии активации в квазихрупком состоянии полимера, по-прежнему [61] считая, что Л = 1(Н3 с, v0 = 3-10-'-3 с-',а = 50МН/м2, Т = = 300 К, Я= 1,2 нм, но уже ш== 1,4- 10~28 м3 (одна полимерная цепь), и что коэффициент концентраций напряжения для начальных микротрещин полимерных стекол р0=10, а типичная ширина образца-полоски L—1 см. Расчет дает значение g=100 Дж/(моль-К), что близко к значению 110 Дж/(моль-К), приведенному в [9]. Увеличение q для квазихрупкого состояния в четыре раза по сравнению со значением q = 25 Дж/(моль-К) для хрупкого состояния может быть объяснено увеличением коэффициента объемного теплового расширения полимера в три раза при переходе из стеклообразного в высокоэластическое состояние. Так как при переходе через Гхр в местах концентрации напряжения наблюдается высокоэластическая деформация, то тепловое расширение в этих микрообъемах возрастает в три раза. Следовательно, с увеличением объема при тепловом расширении возрастает подрастянутость химических связей полимерных цепей.[1, С.320]

Регелем [5.5] методом скоростной киносъемки был исследован процесс разрушения в ПММА выше 293 К, т. е. в квазихрупком состоянии. И в этом случае сделан вывод, что временная зависимость прочности органического стекла в основном определяется закономерностями роста трещин, а не закономерностями возникновения зародышевых трещин. Процесс роста трещин можно разделить на три стадии (рис. 5.6): медленный рост, начинающийся со стартовой скоростью vs, ускоренный рост и, наконец, быстрый рост трещины с постоянной скоростью УК (кривая 2). Для хрупкого разрушения (кривая /) участка, подобного участку BD на кривой 2, связанного с локальным повышением температуры в пластической микрообласти в вершине трещины, не наблюдается.[2, С.111]

В главе 4 уже были рассмотрены вопросы связи процессов разрушения и деформации для высокопрочного состояния твердых тел. Есть достаточные основания считать, что прочность в квазихрупком состоянии совпадает с пределом текучести (для полимеров ап — с пределом вынужденной высокоэластичности ав). Ратнер и Брохин [5.31] рассматривали критическое время 6, необходимое для снижения 0В до величины приложенного напряжения, как деформационную (релаксационную) долговечность, аналогичную прочностной долговечности т. Величина 8 определяется по резкому подъему кривой ползучести полимера (рис. 5.17), после которого начинается высокоэластическая деформация. Было показано, что критическое время О подчиняется уравнению, аналогичному (5.9).[2, С.130]

Идея второго пути [11.15] заключается в том, чтобы использовать формулу (11.19), предложенную для расчета концентрации напряжения в вершине микротрещины в упругой среде для материала, находящегося в квазихрупком состоянии: под К в этом случае понимают размеры Х*-области микропластической деформации впереди трещины. Размеры этой микрообласти часто связывают с линейными размерами элементов микроструктуры (у металлов —[1, С.320]

На рис. 6.16, где приведена полная изотерма долговечности ПММА при 20 °С, показано изменение с увеличение^ а вкладов Тф и тк в долговечность т. Кривая 1 соответствует флуктуа-ционной части долговечности Тф ПММА в квазихрупком состоянии, рассчитанной из уравнения долговечности (6.15) с учетом (6.16) и (6.17) при следующих значениях констант и параметров: /о=9,5-10~3 мм; L=10 мм; |} = 22,5; гм = 4,8-К)-20 мм; Х== = 1,26-Ю-6 мм; 4 = 8,4- Ю-8 кДж/(моль-К); v0 = 3-10~13 с. Линейному участку кривой ABC в координатах IgT—а соответствует расчетное значение Д = 7-10~12 с, что несколько отличается от значения Л = 2,5-10~12, полученного из экспериментальных данных Песчанской и Степанова. Кривая 2 соответствует атермической части долговечности Тк по формуле (6.45) при ак = 207 МПа. Это значение в температурных пределах квазихрупкого разрушения, как и значение с»о = 20 МПа, практически от температуры не зависит, поэтому изотермы при других температурах, имея другие наклоны линейного участка, сохраняют неизменными его границы. Но с понижением температуры при Тхр происходит скачкообразное изменение ряда параметров, которые затем в области низких температур остаются практически постоянными (ниже rxp для ПММА 00 = = 6 МПа, а 0К=125 МПа, т. е. оба показателя в хрупком состоянии существенно ниже).[2, С.177]

В работах [7.37] на образцах-пластинках экспериментально исследовалась кинетика роста трещин в ПММА при различных условиях статического нагружения. Методом хрупкого до-рыва фиксировался размер развивающейся трещины в квазихрупком состоянии в виде зеркальной зоны. Показано, что при постоянной нагрузке рост начальной (естественной) микротрещины происходит в три этапа. На первом длина трещины растет линейно с ростом Igt. Это значит, что скорость замедляется. На второй стадии размер трещины практически не изменяется со временем, а на третьей стадии трещина снова растет. Как оказалось, в этих опытах наблюдалось зарождение трещин «серебра». Причина замедления и остановки роста трещины заключается в релаксационных процессах, протекающих в вершине трещины и приводящих к образованию микротяжей. Вероятно, на первом этапе трещина является квазихрупкой, а затем переходит в трещину «серебра». Причина ускоренного развития трещины на третьем этапе заключается в постепенном разрыхлении материала перед трещиной и накоплении повреждений. На этапах медленного развития трещины тепловые эффекты не проявляются, однако они важны при циклических нагрузках.[2, С.210]

Аналогичную диаграмму 0 — 10 можно построить и для квазихрупкого состояния ПММА. В этом случае 0о и >ак возрастают в три раза, a OG остается неизменным, если не считать, что модуль упругости Е будет несколько меньше, чем в хрупком состоянии (а остается практически той же). Тогда разрыв между '(То и WG будет еще больше. Объясняется это тем, что в квазихрупком состоянии формула Гриффита неточна из-за потерь первого вида (деформационные потери, см. разд. 4.12) при росте трещины. Как указывалось в гл. 4, чтобы объяснить расхождение теории Гриффита с экспериментом, Орован, Ирвин и[2, С.181]

... отрезано, скачайте архив с полным текстом ! Полный текст статьи здесь