Статья по теме: Термические напряжения

Предметная область: полимеры, синтетические волокна, каучук, резина

Скачать полный текст

Термические напряжения возникают и в тех случаях, когда полимерное покрытие формируется при высокой температуре, а затем температура становится ниже температуры стеклования полимера. В процессе остывания системы объем покрытия и подложки уменьшается и из-за различия ТКЛР возникают напряжения, которые, начиная с Тс, «замораживаются» — перестают релаксировать, так как полимер переходит в стеклообразное состояние.[4, С.173]

Таким образом, термические напряжения и обусловленное ими разрушение полимера связаны с термическими коэффициентами расширения и механическими свойствами полимера. В этом кратком разделе мы не можем подробно рассмотреть разрушение и деформацию эпоксидных полимеров, тем более, что механические свойства аморфных полимеров подробно описаны в ряде монографий [1, 71, 72, 73]. Между разрушением и деформированием линейных и трехмерных стеклообразных полимеров с феноменологической точки зрения нет принципиальных различий [1, 74], что дает возможность использовать при изучении внутренних напряжений и растрескивания весь математический аппарат, разработанный в механике полимеров для описания дефоомиоовання, релаксации напряжения и разрушения. Для расчета произведения ?2Ла из свойств полимера необходимы, как уже указывалось, значения нерелакспрующего модуля в зависимости от температуры, которые имеются для очень малого числа полимеров. Для описанных выше полимеров была проведена проверка возможности такого расчета и получено ^удовлетворительное совпадение с экспериментом [101].[2, С.77]

Многие авторы считают, что основной вклад в значение внутренних напряжений в армированных материалах, в том числе и в стеклопластиках, вносят термические напряжения [174, 180, 190]. На рис. IV.28 приведена зависимость осевых растягивающих напряжений в эпоксидном связующем от температуры отверждения [76]. Эти результаты получены на модели, представляющей собой стеклянную трубку, заполненную связующим (имитировалась система, изображенная на рис. IV.25, б). Авторы работы [191] использовали в качестве армирующего элемента проволочный тензодатчик и нашли, что термические напряжения превосходят усадочные в 1,5—3,5 раза в случае полиэфирмалеинат-ной смолы и в 10—16 раз в случае эпоксидной. Собственные напряжения в стеклопластиках в отличие от термических изучены значительно меньше, хотя роль этих напряжений также несомненна. Показано [185, 191], что на значение внутренних напряжений в стеклопластиках оказывают влияния аппреты, применяемые для обработки наполнителя. В целом можно отметить, что те факторы, которые влияют на величину собственных внутренних[4, С.183]

Вторая составляющая — это термические напряжения, вызванные различием термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) покрытия и подложки. Механизм возникновения термических напряжений изучался при нагревании полимерных[4, С.172]

Сравнительно малый температурный интервал между температурой переработки в расплаве (200—230°С) и теплостойкостью (140—150°С) обусловливает малые термические напряжения в изделиях из пентапласта по сравнению с другими полимерами. Это позволяет применять пентапласт в конструкциях, армированных металлом. По реологическим свойствам и условиям литья пентапласт напоминает полипропилен, однако интервал переработки лежит в более узких пределах. По термостабильности пентапласт превосходит полиамиды, поливинил-хлорид, полиформальдегид. Малое изменение плотности пентапласта при переходе из аморфной (1,38 г/см3) в кристаллическую (1,41 г/см3) фазу и сравнительно небольшой интервал между температурами литья и эксплуатации обусловливают возможность получения изделий различной сложности и армированных металлом с хорошими технологическими свойствами.[3, С.276]

Внутренние напряжения, т. е. напряжения, уравновешивающиеся внутри тела без приложения к нему внешних сил [77], могут быть временными и остаточными. Временные напряжения — это главным образом термические напряжения, обусловленные неравенством температуры в разных участках тела и исчезающие после ее выравнивания. В случае выхода тела за пределы текучести временные напряжения могут превратиться в остаточные, сохраняющиеся в теле после прекращения действия вызвавших их причин. Остаточные напряжения, в свою очередь, могут быть разделены на напряжения первого, второго и третьего рода. Напряжения первого рода уравновешиваются в объемах, размеры которых соизмеримы с размерами тела; они могут быть вызваны неоднородностью не только температурного, но и силового или материального поля внутри тела. Напряжения второго рода уравновешиваются в объемах, размеры которых соизмеримы[4, С.171]

Поскольку возникновение термических напряжений обусловлено релаксационными процессами, их значение зависит от скорости нагревания и охлаждения. Например, при быстром охлаждении поливинилхлорида внутренние напряжения оказываются в 2 раза выше, чем при медленном [82]. Термические напряжения в слоях и пленках полимеров могут быть уменьшены [83, 84] и даже сняты при термообработке вследствие релаксации, а собственные напряжения практически не релаксируют. Если в процессе повторного нагревания не происходит доотверждение или пластическая деформация пленки покрытия, форма зависимости внутренних напряжений от температуры сохраняется постоянной (рис. IV.18). Значение термических напряжений [81; 85; 86; 87, с. 213, 389; 88; 89, с. 40] независимо от типа соединяемых материалов пропорционально разности ТКЛР (Да), модулю упругости[4, С.173]

Не меньшее влияние, чем температура, на внутренние напряжения в эпоксидных полимерах оказывает поглощение воды [102], всегда присутствующей в атмосфере. В эпоксидных смолах, представляющих собой жесткие полярные полимеры со сравнительно большим водопоглощением [до 5—6% (масс.)], при поглощении воды возникают большие внутренние напряжения, в некоторых случаях превосходящие термические напряжения. В этом случае внутренние напряжения, налагающиеся на термические, возникают за счет деформации набухания полимера е<( и пропорциональны Е2г<(, причем в этом случае ?2 и е<р зависят от относительной влажности ф. Как и в предыдущем случае определение Е? и еф — сложная задача, и проще определять произведение E2ev = /(<р), которое также представляет собой величину, характерную для полимера. Значение произведения ?2Вф представляет большой интерес, так как оно позволяет судить об относительном значении внутренних напряжений в разных полимерах и рассчитывать из значения стВн, если известно значение А(х, у, г>-[2, С.77]

Зависимость внутренних напряжений от количества наполнителя оказывается сложной [82, 94, 104, 108, 114—127], так как введение наполнителя сопровождается и ростом модуля упругости полимера и уменьшением коэффициента термического расширения (снижается Да). Поэтому если даже пренебречь изменением коэффициента Пуассона, можно обнаружить [114], что увеличение количества наполнителя в одном случае будет вызывать рост термических напряжений (увеличение Е превалирует над уменьшением Да), а в других, наоборот, их снижение (уменьшение Да превалирует над ростом Е). Постоянство внутренних напряжений при введении наполнителя означает, что рост Е компенсируется снижением Да. Поскольку термические напряжения значительно больше усадочных, ясно, что их вклад в общий баланс внутренних напряжений оказывается существенным. Было показано [114], что при введении до 50% двуокиси титана в поливинилхлорид происходит увеличение внутренних напряжений с 60 до 120 кгс/см2. Аэросил (до 2%) увеличивает внутренние напряжения в алкид-ных покрытиях [115] с 13 до 25 кгс/см2. Такие же результаты получены при введении окиси цинка, кварцевого песка и сажи в эпоксидную смолу; кварцевого песка, древесной муки, мар-шалита, гипса — в полиэфирную и диметилрезорциновую смолы [108]; двуокиси титана и сажи — в полиэфиракрилаты [94], алкидные и меламиноалкидные покрытия. Снижение внутренних напряжений наблюдали при введении окиси цинка в полиэфиракрилаты [94], окиси свинца и хрома — в полиэтилен [119]. Модификация наполнителей поверхностно-активными веществами дает возможность в ряде случаев снизить внутренние напряжения в наполненных полимерах [118, 120—123, 128].[4, С.177]

Если предположить, что рассмотренный выше процесс ограничивает напряжение термического сжатия величиной порядка 70 кгс/см2 и если наложить термические напряжения на механические, вычисленные при подстановке соответствующих граничных условий в соотношение (3), то при г = a oQe преобразуется к виду:[5, С.148]

Проволока с нанесенной на нее изоляцией поступает в охлаждающую ванну, где в качестве охлаждающей среды обычно используют воду. Длина охлаждающей ванны зависит от скорости экструзии, диаметра проволоки (или кабеля) и толщины изоляции. Длина ванны для охлаждения изоляции из кристаллических полимеров больше, чем для охлаждения изоляции из аморфных полимеров, так как процесс кристаллизации является экзотермическим. Для охлаждения кабелей, эксплуатируемых в морской воде, ванны (длина которых достигает 90 м) разделены на отдельные отсеки, содержащие воду с последовательно понижающейся температурой (обычно в интервале 80—100 °С), что предотвращает резкое охлаждение поверхности изоляции, которое может вызвать термические напряжения *.[1, С.495]

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