На главную

Статья по теме: Прочности химических

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

Прочность меж молекул я-(рлых физических связей определяется характером внутри и межмолекулярных взаимодействий (см гл. 1) и намного нгже прочности химических связей. Поэтому в предельно ориентированном полимере при растяжений вдоль оси ориентации прочнчость будет примерно в 10 раз выше, чем при растяжении герпо ндикулярно оси ориентации Ниже приведены значения теоретической прочности и модуля упруго-[2, С.317]

Выше отмечалось, что при прочих равных условиях вероятность механокрекинга определяется соотношением сил межмолекулярного взаимодействия и прочности химических связей в основной 'цепи. Таким образом, можно было бы предположить, что эффективность механокрекинга при прочих равмых условиях и достаточной интенсивности механических сил будет выше для полимеров с сильным межмолекулярным взаимодействием. Это в известной степени оправдывается при механодеструкции полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии, когда перемещение цепей под действием внешних сил во времени и пространстве позволяет реализовать различные соотношения между энергией межмолекулярных и главных валентных связей цепи. Тогда вероятность механокрекинга можно оценить, исходя из этих соотношений. По-видимому, осложнения возможны только в связи с перепутыванием цепей, образованием петель и зацеплений, препятствующих их взаимному перемещению, независимо от энергии межмолекулярного взаимодействия. Но расчеты показывают [77, 152], что и в этом случае наибольшие напряжения возникают в середине цепи. Механическая энергия для возбуждения механокрекинга должна подводиться к полимеру с наименьшими потерями. Способ ее подведения и распределения по объему зависят от физических свойств, а следовательно, и химической природы полимера. Оценка распределения подведенной механической энергии по цепи еще более затруднена в случае сравнительно высокочастотных ударных воздействий. Современное состояние наших представлений о полимерах не позволяет однозначно судить о распределении механической энергии по объему, да еще при ударном воздействии.[3, С.62]

Наиболее существенной из них, пожалуй, является то, что собственно первичный макрорадикал — осколок цепи — чаще всего не может быть меньше известной предельной величины М^, которая определяется соотношением межмолекулярных сил и прочности химических -связей в полимерной цепи. Это справедливо для низкочастотных механических воздействий, когда растяжение и обрыв цепей происходят сравнительно «равновесно» -медленно. Но при иных факторах возбуждения в зависимости от уровня избытка механической энергии, подведенной локально в данную точку, свободные радикалы могут 'быть сколь угодно малыми, вплоть до одноатомных.[3, С.22]

Наряду с перечисленными физическими факторами следует отметить и значение химической природы составных частей перерабатываемой системы. Скорость образования макрорадикалов при механическом расщеплении будет зависеть, безусловно, от относительной прочности химических связей главной валентной цепи, а их дальнейшие превращения, как уже подчеркивалось, будут определяться присутствием или отсутствием активных групп, способностью к связыванию макрорадикалов, передачей цепи и развитием пространственных цепных процессов.[6, С.286]

Как известно, пластический разрыв полимеров связан со способностью этих материалов при определенных условиях течь под действием напряжений, превышающих предел текучести, или «пластичности» зп. Чем выше температура, тем меньше предел текучести, пока при температуре текучести Тт он не обращается в нуль. Выше этой температуры течение полимера происходит при любых малых напряжениях. Пределы текучести линейного и пространственно-структурированного полимера сильно различаются из-за большого различия в прочности химических поперечных связей и межмолекулярных связей, ответственных за образование временных узлов сетки. Поэтому у пространственно-структурированных полимеров температура пластичности Тп смещена в область высоких температур.[4, С.120]

В линейных полимерах сшивок нет, но- молекулярная сетка в них также образуется. В блоке полимера взаимодействие каждой макромолекулы со своими соседями не является одинаковым по всей ее длине. Как было указано в гл. I, имеются участки более слабого и более сильного взаимодействия, которые и играют роль временных узлов сетки. Узлами молекулярной сетки могут быть любые локальные взаимодействия между макромолекулами, начиная от мостиков, образованных соприкасающимися боковыми полярными группами, и кончая перехлестами и переплетениями самих цепей. Следует отметить, что такая «вторичная» сетка, образованная нехимическими связями, есть и в сшитых полимерах, но там ее проявление почти полностью маскируется сеткой химического происхождения из-за большой прочности химических связей по сравнению с «вторичными» связями.[1, С.186]

Согласно концепции Шишкина, и прочность не должна зависеть от степени ориентации. Но известно {3.25]!, что хрупкая прочность сильно зависит от ориентации, и это понятно: чем больше ориентация, тем большая часть рвущихся целей находится в направлении оси волокна. Поэтому в высокопрочном состоянии при переходе от неориентированного к предельно ориентированному состоянию хрупкая прочность должна возрастать в три раза. Далее, очевидно, что у ориентированного полимера с молекулярной массой М—*i°° разрушение может происходить только при разрыве цепей. Практически эта ситуация реализуется для промышленных полимеров (М>105). Макромолекулы достаточно длинны, чтобы не наблюдалось их скольжение без разрыва цепей. Далее, если прочность полимеров определяется силами межмолекулярного взаимодействия, то расчет теоретической прочности должен производиться по формуле Орована о"т«0,1 Е, где Е — модуль Юнга (см. гл. 1). Модуль упругости твердых полимеров определяется межмолекулярными взаимодействиями. Для капроновых волокон ? = 2,5 ГПа и поэтому tfm = 0,25 ГПа, что намного ниже реальных значений ар. Поэтому правильный расчет ат должен основываться на гипотезе разрыва химических связей.[5, С.51]

Теперь перейдем к сравнению с экспериментальными данными. Рассмотрим капрон (см. табл. 3.1), для которого в неориентированном состоянии ар = 160 МПа (293 К). В работе [3.30] в качестве аргумента приводятся наибольшие значения прочности 60—400 МПа для неориентированных полимеров. Капрон попадает в этот интервал. Автор концепции утверждает, что приведенные значения прочности далеки от прочности химических связей. И это верно, но вопрос заключается в том, для какого состояния характерны эти цифры: для высокопрочного или низкопрочного. Нет сомнений, что эти цифры соответствуют низкопрочному состоянию неориентированных полимеров, когда разрушение идет по перенапряженным цепям. Для капрона (см. табл. 3.1) коэффициент перенапряжения к = 25 и, следовательно, разрушение надо характеризовать не ар=160 МПа, а значением в 25 раз большим, т. е. 4 ГПа. А это значит, что '/з рвущихся цепей нагружена так же, как и полное число цепей в предельно ориентированном состоянии (12 ГПа). Но 12 ГПа соответствует прочности химической связи ап = 12,9 ГПа в полиамидных цепях, рассчитанной Губановым и Чевычеловым [2.11] (см. UD в табл. 2.1). Поэтому если принять правильные значения прочности в высокопрочном состоянии, то разрыв полимера следует объяснить разрывом химических связей. Для ориентированного капрона ар=1 ГПа (293 К) при коэффициенте перенапряжения, определенном из экспериментального значения у, равном 12. Поэтому перенапряженные цепи, ответственные за процесс разрыва, характеризуются огр = 12 ГПа, что соответствует <т№=12 ГПа — предельной прочности, рассчитанной из энергии разрыва С—N-связи.[5, С.51]

Необходимость повышения механической прочности химических волокон является причиной осуществления ориентационной вытяж-[7, С.245]

Необходимость повышения механической прочности химических волокон является причиной осуществления ориентационной вытяж-[8, С.245]

турной модели имеется четыре типа разрушения (рис. 1.1). Теоретическая прочность при растяжении вдоль оси волокна (/) и при сдвиге поперек волокна (/У) наибольшая, а при растяжении поперек оси волокна (//) и при сдвиге вдоль оси волокна (///) — наименьшая. В случаях // и /// разрушение связано с преодолением межмолекулярных сил, которые на 1—2 порядка меньше прочности химических связей. В неориентированном состоянии вследствие отсутствия макроскопической анизотропии остаются два типа разрушения: при растяжении и сдвиге в любом направлении. Теоретические прочности неориентированного полимера занимают промежуточные положения между теоретическими прочностями ориентированного полимера / и // (при растяжении) и /// и IV (при сдвиге).[5, С.12]

Полный текст статьи здесь



ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА СТУДЕНТАМ!!!
Задачи по теоретической механике из сборника курсовых работ под редакцией А.А. Яблонского, Кепе, Диевского. Быстро, качественно, все виды оплат, СМС-оплата.
А также: Готовые решения задач по теормеху из методичек Тарга С.М. 1988 и 1989 г. и задачника Мещерского. Решение любых задач по термеху на заказ.
Если Вам нужны решения задач по Физике из методички Чертова А.Г. для заочников, а также решебнки: Прокофьева, Чертова, Воробьёва и Волькинштейна. Решение любых задач по физике и гидравлике на сайте fiziks.ru
Что самое приятное на любом из этих сайтов Вы можете заказать решение задач по другим предметам: химия, высшая математика, строймех, сопромат, электротехника, материаловедение, ТКМ и другие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бартенев Г.М. Курс физики полимеров, 1976, 288 с.
2. Тугов И.И. Химия и физика полимеров, 1989, 433 с.
3. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений Издание третье, 1978, 384 с.
4. Бартенев Г.М. Прочность и разрушение высокоэластических материалов, 1964, 388 с.
5. Бартенев Г.М. Прочность и механика разрушения полимеров, 1984, 280 с.
6. Симионеску К.N. Механохимия высокомолекулярных соединений, 1970, 360 с.
7. Михайлов Н.В. Основы физики и химии полимеров, 1977, 248 с.
8. Кулезнёв В.Н. Основы физики и химии полимеров, 1977, 248 с.

На главную