Статья по теме: Разрушения эластомера

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

Длительный процесс разрушения эластомера характеризуется двумя стадиями — медленной и быстрой. Медленная стадия образует на поверхности разрыва шероховатую зону, а быстрая — зеркальную. Чем меньше напряжение, тем длительнее процесс разрушения и тем яснее выражена шероховатая зона (при хрупком разрыве, наоборот, медленная стадия дает зеркальную, а быстрая — шероховатую зону). Первая стадия разрыва начинается с образования очага разрушения, из которого растет «надрыв», являющийся аналогом трещины в хрупких материалах. Надрывы возникают под действием напряжений в наиболее слабых местах, причем очаги разрушения появляются как внутри материала, так и на поверхности образца, но среди них имеется наиболее опасный. Поэтому прочность эластомеров и резин определяется вероятностью образования наиболее опасного надрыва, аналогично тому, как прочность хрупкого материала определяется наиболее опасной трещиной. Надрывы растут в направлении, поперечном растягивающим усилиям, аналогично трещинам в хрупком телах.[1, С.336]

Рис. 12.1. Зависимость энергии разрушения эластомера (в терминах характеристической энергии разрушения а*) от логарифма скорости роста дефекта (надрыва, трещины) по Кнауссу:[1, С.337]

Отсюда следует, что кинетика процесса разрушения эластомера определяется главным образом не разрывом химических связей, происходящим на последнем этапе микрорасслоения, а процессами вязкоупругости в местах концентрации напряжения (в очагах разрушения). Таким образом, вклад релаксационных процессов в кинетику процесса разрушения является определяющим в отличие от хрупкого разрушения, где основной вклад в кинетику разрушения дают термофлуктуационные разрывы химических связей полимерных цепей.[1, С.344]

Рис. 12.5. Зависимость энергии активации процесса разрушения эластомера от растягивающего напряжения[1, С.340]

Несколько раньше В. Куном и Г. Куном была выдвинута гипотеза разрушения эластомера, основанная на статистической модели негауссовых цепей сетки сшитого эластомера. Предполагалось, что при растяжении каждая цепь претерпевает аффинную деформацию. Цепь рвется, если ее растяжение превысит некоторое критическое значение. Из-за наличия в полимере цепей различных длин цепи разрываются одна за другой по мере увеличения растягивающего усилия. Этот процесс нарастает, при некотором растяжении он становится катастрофическим и образец рвется. Работы Ф. Бикки [12.10] и А. Бикки [12.11] по теории прочности каучукоподобных полимеров основываются на подобной гипотезе разрушения.[1, С.335]

В рассматриваемом случае отождествляются релаксационные характеристики процессов перегруппировки элементов структуры, сопровождающие развитие обратимой деформации, и «проскальзывание» макромолекул или надмолекулярных образований в процессе разрушения эластомера. С. Н. Журков и В. Е. Корсуков [572, с. 2071—2080] показали, что прочность и долговечность сильно ориентированных полимерных тел определяются закономерностями кинетики накопления разрывов химических связей. Получить такой результат, экспериментируя с эластомерами или хотя бы с -неориентированными пслсссткоцеянътн-^гюлимерамн, никому не удавалось. Для подтверждения того, что кинетика разрыва полимеров определяется накоплением разорванных химических связей, С. Н. Журков и В. Е. Корсуков использовали результаты работ [574—577]. Ими изучалась кинетика накопления разорванных химических связей в сильно ориентированных полимерах, подвергнутых действию разрушающей нагрузки. По изменению интенсивности селективных полос поглощения в инфракрасной области спектра оценивали распад химических связей. Снимали спектры с помощью двулучевого спектрофотометра DS-403G.[2, С.279]

Основные данные о разрушении эластомеров были получены при длительных испытаниях несшитых и сшитых эластомеров при растяжении в статическом и циклическом режимах [7.47, 7.98, 7.99]. В дальнейшем механизм разрыва высокоэластических материалов изучали и при других режимах деформации (заданная деформация, постоянная скорость растяжения, многократные деформации). Было установлено, что механизм разрушения резин при всех режимах испытания имеет общие черты. Для длительного процесса разрушения эластомера характерны две стадии — медленная и быстрая. Медленной стадии на поверхности разрыва отвечает шероховатая зона, а быстрой — зеркальная (при хрупком разрыве, наоборот, медленная стадия дает зеркальную, а быстрая — шероховатую зону). На рис. 7.12 и 7.13 приведены фотографии для двух случаев; когда очаги разрушения возникли па поверхности образца и в объеме образца. Чем меньше напряжение, тем длительнее процесс разрушения и тем яснее выражена шероховатая зона. Первая стадия разрыва начинается с образования очага разрушения, из кото-[3, С.221]

Отсюда следует, что кинетика процесса разрушения эластомера определяется главным образом не разрывом поперечных химических связей, происходящим на последнем этапе микрорасслоения, а вязкоупругими процессами в местах концентра-[3, С.230]

Прочность является весьма сложной функцией упругих и релаксационных свойств полимерной системы [2, 88, 92, 93]. Заметим, что сами эти параметры непрерывно меняются в процессе деформирования, поскольку при этом непрерывно меняется структура деформируемого полимера. Концентрация узлов сетки в значительной мере определяет как упругие, так и релаксационные свойства эластомеров, их способность к структурным перестройкам при деформировании, и в конечном счете прочностные свойства эластомеров. Хотя полная количественная теория процесса деформирования и разрушения эластомеров пока еще не создана, качественная картина явления достаточно ясна, чтобы представить влияние рассмотренных выше факторов на процесс разрушения эластомера и его предельные прочностные характеристики. Кратко рассмотрим этот вопрос.[4, С.221]

Полный текст статьи здесь