На главную

Статья по теме: Тепловыми флуктуациями

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

В первую очередь разрываются тепловыми флуктуациями цепи с наименьшей длиной /{, что приводит к увеличению длины аморфной области и перераспределению нагрузок по неразорванным цепям. Нагружаются новые цепи, у которых длина /' оказывается меньше новой толщины аморфной области Ь. Это происходит до тех пор, пока нагрузка на цепь не станет больше критической. Дальнейшее разрушение происходит атермически.[1, С.208]

Формула (VI. 16) объясняется следующим образом. Разрушение образца происходит не потому, что в напряженном полимере участки макромолекул оказываются под нагрузкрй, превышающей их критическую прочность, а потому, что внешнее напряжение снижает энергию активации разрыва цепей тепловыми флуктуациями. При этом энергия активации такого разрыва, равная без нагрузки Sue, после приложения нагрузки снижается на величину уст, что приводит к возрастанию скорости флуктуационных разрывов цепей и к понижению долговечности образца.[1, С.206]

Согласно термофлуктуационной концепции прочности [16], для того чтобы тело было разрушено, т. е. распалось на части, в каком-либо его сечении должны быть разорваны все межатомные связи. Отсюда вытекает, что долговечность тела представляет собой время, необходимое для «посещения» тепловыми флуктуациями (с достаточно высокой энергией) большинства межатомных связей в данном сечении. За время, приблизительно равное долговечности т, флуктуации «посетят» почти все атомы, расположенные в выбранном сечении, и вы-[4, С.294]

Убедительное физическое объяснение кинетическая концепция прочности получила в теории Бартенева, названной им флуктуационной [14]. По Бартеневу, хрупкая прочность твердого тела определяется кинетикой роста естественных и возникающих дефектов. При разрыве химической связи в вершине трещины, вызываемом тепловыми флуктуациями атомов, преодолевается потен-[3, С.130]

Если все же допустить наличие упорядоченных доменов в объеме аморфных полимеров размерами ~100—120 А, концентрация которых составляет ~50% (ЭМ данные), то, даже в предположении 20%-ной разницы в плотностях между этими областями и матрицей, не удается объяснить ни абсолютные значения /, ни вид угловой зависимости интенсивности рассеяния. Если же Ар принять очень малой, близкой к значениям, обусловленным тепловыми флуктуациями (что необходимо для обоснованных данных по МРР), то тогда невозможно объяснить высокий контраст ЭМ снимков.[6, С.28]

Таким образом, при бесфлуктуациониом механизме хрупкого разрушения критерий Гриффита Ов не может служить критерием разрушения. Критерием разрушения является условие GK=UO/"\, где UQ-—энергия активации и у — структурный коэффициент в уравнении долговечности Журкова, причем ак> >кто. При а = сто для разрыва связей, обеспечивающего бесконечно медленный рост трещины, необходима кинетическая энергия, поставляемая тепловыми флуктуациями, которая после разрыва связей рассеивается в виде тепла Q3 (поверхностные потери). Рассчитаем эту величину для органического стекла ПММА (полиметилметакрилата). При ст = 0 энергия разрыва связей, рассчитанная на единицу площади поверхности, равна 1а* = 0,5ЛШ0. Число химических связей N, разрыв которых приводит к возникновению двух единичных площадок трещины, равно N = \/SO, где «о — поперечное сечение, приходящееся на одну рвущуюся цепь; 5о = Я2, а К = ЗК0 (рвется в среднем каждая третья полимерная цепь). Для ПММА Ло = 0,4 нм, поэтому yV —2-10и см~2, и при t/o=138 кДж/моль ю* = = 2,3-10~5 Дж/см2. Согласно [4.79, 4.80], «=0,4- 1СН5 Дж/см2 и, следовательно, Q3 = 1,9 • 10~5 Дж/см2. Характеристическая энергия разрушения, определенная из опыта для ПММА, равна 4,3 -10~2 Дж/см2, что существенно превышает рассчитанное значение и*.[5, С.95]

Авторы отводят главную роль фактору времени, корректируя понятие предела прочности. В старом понимании этот термин означал усилие разрыва, а продолжительность действия напряжения до разрушения не принималась во внимание. В действительности это понятие подразумевает долговечность образца при данной нагрузке, а не его предел прочности. Полученное отношение позволило сделать вывод о том, что разрыв является активационным процессом, скорость которого определяется тепловыми флуктуациями, зависящими от значений КТ. Для разрушения связей, определяющих прочность полимера, необходимо, чтобы скомпенсировался энергетический барьер |ю, величина которого зависит от природы химических связей. Установлено также, что энергетический барьер ц0 под действием растяжения уменьшается на значение 0Y- Итак, чем больше нагрузка на материал, тем меньше энергетический барьер, препятствующий процессу разрыва. Уравнение позволяет глубже выяснить механизм деструкции путем установления зависимости, существующей между энергетическим барьером ц0 и структурными элементами (межмолекулярными силами и химическими связями), которые обусловливают прочностные свойства исследуемого полимера. Определив энергетический барьер ц0, авторы пришли к выводу, что значения ц,0 по порядку величины совпадают с величиной энергии химических связей (45 ккал/моль). Таким образом, разрушение полимерных волокон под действием растяжения, согласно проведенным исследованиям, развивается во времени, зависит от интенсивности нагрузки и возникает в результате разрыва химических связей. Межмолекулярные связи[7, С.27]

Вывод о важнейшей, определяющей роли теплового движения в разрушении полимеров (и др. тел) — основное качественное следствие кинетич. концепции, к-рое объясняет и представление о Д. как о времени, необходимом для «посещения» тепловыми флуктуациями значительной доли атомов в одном из поперечных сечений тела.[9, С.377]

Вывод о в а ж ч е и ш е и, о п р е д о л я ю щ е и р о л и теплового движения в р а з р у-ш о п и и полимеров (и д р. т е л) — о с н о в-н о е качественное следствие к и н е-т и ч. к о н ц е и ц и и, к-рое объясняет и представление о Д. как о времени, необходимом для «посещения» тепловыми флуктуациями значительной доли атомов в одном из поперечных сечений тела.[8, С.380]

Атомы или молекулы жидкости колеблются со средним периодом то=Ю~12->10~13 с, близким к периоду колебаний атомов в твердых телах. Центр колебаний определяется положениями соседних частиц, но время от времени смещается вместе с колеблющейся частицей. Существует такое среднее время т* (значительно превышающее то), в течение которого центр колебаний каждой частицы смещается на межатомное расстояние. Это время есть, по существу, средний интервал между двумя последовательными тепловыми флуктуациями, в результате которых частица переходит в но-[2, С.25]

При критическом значении силы fK = ?A>A-m долговечность тк = = toAV Для связи С— С т0 = 3,3-10~14 с (по данным ИКС). На пути разрыва L число связей составляет jVo = LAo, где ,Яо^ межмолекулярное расстояние, в полимерных волокнах равное примерно 0,4 им, a L — ширина образца. Долговечность образца с L—1 см должна быть равна тк=Ю~6 с. В то же время максимально возможная скорость роста трещины примерно равна половине скорости звука, т. е. vK—]Q5 см/с. Поэтому фактическая долговечность образца с 7_ = 1 см при f = fK не может быть меньше L/uK~10~E с, что на порядок больше тк, оцененного по (2.16). Это указывает на то, что вблизи /=/к термофлуктуаци-онный механизм разрыва полимерной цепи не работает. Цепи между тепловыми флуктуациями успевают разорваться непосредственно под действием внешних сил, близких или равных критической силе, которая равна прочности цепи при атермиче-ском механизме разрыва.[5, С.21]

... отрезано, скачайте архив с полным текстом ! 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. Бартенев Г.М. Физика и механика полимеров, 1983, 392 с.
3. Бокшицкий М.Н. Длительная прочность полимеров, 1978, 312 с.
4. Перепечко И.И. Введение в физику полимеров, 1978, 312 с.
5. Бартенев Г.М. Прочность и механика разрушения полимеров, 1984, 280 с.
6. Марихин В.А. Надмолекулярная структура полимеров, 1977, 240 с.
7. Симионеску К.N. Механохимия высокомолекулярных соединений, 1970, 360 с.
8. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров том 1, 1972, 612 с.
9. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров Том 1, 1974, 609 с.

На главную