Статья по теме: Начальных микротрещин

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

На основании приведенных данных сделан вывод, что в полимерных волокнах и пленках начальных микротрещин нет, но есть слабые места структуры, прочность которых в 2—3 раза меньше прочности полимерной матрицы (кристаллической или аморфной) и в которых субмикротрещины образуются при нагрузках, далеких от разрывных. Таким образом, структура тонких образцов (волокон и пленок) имеет существенные отличия от структуры массивных образцов, приводящие к дискретному спектру их прочности.[2, С.261]

В каждой серии образцов имеются образцы с долговечностью, большей или меньшей, чем среднее значение. Это связано с тем, что разные образцы серии имеют различные длины наиболее опасных начальных микротрещин. Иначе говоря, распределение по долговечности определяется распределением начальных микротрещин по длинам /0 в серии образцов. Образцы с малыми /о имеют большую долговечность, а с большими — малую долговечность.[2, С.172]

В рассмотренных случаях коэффициент у в уравнении Журкова (5.2) связывался с перенапряжениями в вершинах микротрещин. В основном же в кинетической концепции рассматривается модель полимера без начальных микротрещин и считается, что если они и есть, то не играют ведущей роли в процессе разрушения. При этом коэффициент Y характеризует отдельные перенапряженные цепи в объеме полимера в наиболее[2, С.111]

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]

Сверхпрочными можно назвать материалы, имеющие хорошо организованную бездефектную структуру и обладающие прочностью, сравнимой с теоретической. Такие материалы в промышленных масштабах еще не производятся, но встречаются в лабораторной практике в виде отдельных образцов. Высокопрочными являются материалы, не имеющие начальных микротрещин. Их прочность составляет от 1 до 3 ГПа, что на порядок ниже теоретической прочности, но на порядок выше прочности обычных технических материалов с микротрещинами. Так как образования микротрещин легче избежать в малых образцах (масштабный эффект прочности), высокопрочное состояние обычно реализуется на стеклянных и полимерных волокнах, тонких пластинках и т. д. Прочность большинства технических и строительных материалов, содержащих внутренние микроповреждения (микротрещины), значительно ниже.[2, С.39]

Для подавляющего числа полимерных материалов, имеющих дефекты в виде микротрещин, применимы уравнения долговечности (6.19)—для полимерных стекол и (6.24)—для полимерных волокон, причем имеются нижняя и верхняя границы справедливости уравнения: 'Сто и 0ф. Прочность, долговечность, постоянные <|3 или к и А=А(10, <г, Т) существенно зависят от степени дефектности материала (длины начальных микротрещин In) и от структуры полимерных цепей (через энергию активации U0, на которую влияет соотношение в полимерных цепях слабых и прочных химических связей). Условия син-[2, С.190]

Рассчитаем значение температурного коэффициента энергии активации q, исходя из формулы (11.30). Здесь «постоянная» А зависит от (т, Г и /о, но значительно слабее, чем долговечность тд через экспоненту. Так как напряжение о находится в пределах от •GO до ак, то коэффициент А в этих пределах изменяется всего в несколько раз. Температура в опытах находится в интервале 200 — 500 К, что изменяет А в 2 — 3 раза. Характерные размеры начальных микротрещин от 10~5 до 10~1 см, следовательно, У /о и А могут варьироваться на два порядка. В логарифмической шкале (lg^) и в логарифмических координатах (рис. 11.9) эти отклонения несущественны, так как находятся в пределах ошибок определения 1§тд. Для расчета выберем некоторые значения а и Т, характерные для полимеров, например о^50 Мн/м2 и 7 = 300 К, а также среднее значение 10=Ю~5 м и Л = 10~1г3 с, из экспериментальных данных [61]. Кроме того, учтем значения а и Я для неориентированного некристаллического полимера. Так, значение ш зависит от того, разрывается при каждой[1, С.304]

Таким образом, как термодинамический, так и кинетический подходы к процессу разрушения и термофлуктуационная теория прочности хрупких твердых тел приводят к выводу о существовании безопасного напряжения, для расчета которого при одноосном растяжении предложены уравнения (11.42) и (11.43), а для слож-нонапряженного состояния — уравнение (11.44), а также к диаграмме механизмов разрушения, показанной на рис. 11.11, где приводятся границы существования безопасных напряжений, тер-мофлуктуационного и атермического разрушения в зависимости от размеров начальных микротрещин в материале. На основании этих" уравнений может быть определен критерий оценки безопасных микротрещин в хрупких твердых телах. Порог разрушения _по Гриффиту ао'°'соответствует безопасному напряженую ао, а не критическому 0К, как это считалось до сих пор общепринятым.[1, С.314]

Как уже отмечалось, процесс разрушения полимера с однородно нагруженными цепями происходит путем случайного термо-флуктуационного разрыва (деструкции) цепей в объеме образца, т. е. путем одновременного разрыва многих цепей в объеме. Такой процесс иногда называют термодеструкцией полимера под напряжением. Объемный характер разрушения характерен и для полимеров в высокопрочном состоянии с тем отличием, что процесс термодеструкции под напряжением в основном идет в микрообластях перенапряжений, где на цепи нагрузка несколько выше, чем в среднем по объему. В случае полимерных волокон к таким микрообластям перенапряжений относятся аморфные участки микрофибрилл. В ряде работ [3.34—3.36] в качестве критерия разрушения высокопрочных полимерных волокон,, не имеющих начальных микротрещин, принималась некоторая критическая концентрация разорванных цепей, приводящая: к образованию большого числа субмикротрещин, вызывающих разрушение.[2, С.57]

Суть метода ИКС для определения коэффициентов перенапряжения состоит в следующем [3.7—3.12]!. Для определения напряжений на межатомных связях используется эффект смещения собственных частот валентных колебаний под действием нагрузки (рис. 3.1). Почти все опыты проводились на кристаллических полимерах (волокнах, пленках). Наименее перегруженные цепи находятся в кристаллических областях полимеров и считается, что нагрузка в кристаллах примерно равна внешней (т. е. коэффициент перенапряжения х=1). Отсюда следует, что смещение максимума полосы поглощения Avmm пропорционально приложенному к образцу напряжению растяжения. Смещение края полосы поглощения Avmax соответствует самым перегруженным цепям, которые в отсутствие микротрещин находятся в аморфных областях кристаллического полимера, а при наличии микротрещин — в областях концентрации напряжений в их вершинах. Так как х0 зависит от структуры полимера, а Р — от длины начальных микротрещин, то результаты различных авторов практически не сопоставимы.[2, С.43]

кать в начале нагружения в слабых местах структуры, но быть заблокированными прочными местами структуры. В обоих случаях при увеличении нагрузки рост этих начальных микротрещин приводит к разрыву образца. По данным [5.54, 8.42], в полимерных волокнах субмикротрещины и микротрещины, заблокированные кристаллическими областями микрофибрилл, возникают с самого начала нагружения в аморфных и концевых областях микрофибрилл и характеризуются дискретным спектром длин /о (рис. 8.2). Если в образце наиболее крупная микротрещина имеет большие размеры, то образец разрушается при малом напряжении, если же малые размеры, то при ^большом напряжении. Согласно представлениям механики разрушения, разрывное напряжение зависит от длины микротрещины /0. Чем больше /о, тем меньше 0Р*. Отсюда следует, что существование дискретных уровней прочности вызвано дискретным спектром длин трещин.[2, С.255]

напряженных местах структуры; например, если коэффициент перенапряжения в аморфных участках микрофибрилл волокон равен KQ, то у~ко. Между тем во всех технических материалах еще до приложения нагрузки имеются начальные микроповреждения и микротрещины, могущие стать исходным очагом разрушения. Только в отдельных случаях удается получить образцы полимеров в высокопрочном состоянии, т. е. бездефектные образцы, не имеющие начальных микротрещин.[2, С.112]

Полный текст статьи здесь