Условия определения прочностных характеристик резин. Механизмы разрушения полимеров - Технологические особенности изготовление обуви из резины

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием механических напряжений. С. Н. Журковым и А. П. Александровым была сформулирована статистическая теория прочности. Согласно ей разрыв происходит не одновременно во всей поверхности разрушения, а постепенно. Начинается разрушение с самого опасного дефекта, а уже затем разрушение идет в новых дефектных местах.

Основные положения статистической теории прочности:

    1) в образцах одного и того же материала имеется большое количество дефектов различного происхождения и различной степени опасности. Поэтому внешне одинаковые образцы, полученные одинаковым способом, могут иметь дефекты различной опасности; 2) прочность образца определяется наиболее опасным дефектом; 3) чем больше объем (или поверхность) образца, тем вероятнее встретить наиболее опасный дефект. Отсюда следует, что с увеличением рабочей части образца прочность должна уменьшаться.

Структура резин неоднородна. Местная концентрация напряжений может быть следствием наличия в резине материальных дефектов (микротрещин, полостей, включений, дислокаций, нарушений химической структуры) и структурной неоднородности материалов (неодинаковая длина молекулярных цепей, неравномерное распределение связей по объему вулканизата, наличие упорядоченных областей, кристаллических образований в аморфной фазе, и т. д.).

Таким образом, из положений статистической теории вытекает следующий вывод: поскольку прочность определяется самым опасным дефектом, а распределение дефектов в материале носит статистический характер, маловероятно в разных образцах одной и той же резины встретить дефекты одинаковой степени опасности. Следовательно, различные образцы одной и той же резины будут иметь различную прочность. [4]

На основании всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что для получения достоверных данных о прочности резин исследователю необходимо проводить измерения на нескольких десятках образцов. Только в этом случае есть возможность получить действительно сопоставимые результаты прочностных характеристик. Кроме этого, необходимо принимать во внимание и такие факторы, как наличие инструментальной погрешности, субъективных ошибок исследователя, влияние различного рода помех во время эксперимента и т. д. [2]

При температурах ниже ТХр полимеры ведут себя подобно низкомолекулярным твердым телам. Очаги разрушения - микротрещины, длина которых составляет примерно 10-3 - 10-5 см. Разрушение происходит по атермическому механизму, согласно которому разрыв связей определяется только напряженным состоянием материала (область Й).

При более высоких температурах хрупкое разрушение происходит в две стадии: на первой стадии медленно идет термофлуктуационный механизм роста микротрещины; на второй стадии рост трещины идет по атермическому механизму с критической скоростью порядка 1000 м/с (область ЙЙ).

Характер и механизм разрушения зависит от физического состояния, в котором они находятся. Г. М. Бартенев предложил следующую схему прочностных состояний полимеров (рис. 5):

схема деформационно-прочностных состояний полимеров

Рис. 5. Схема деформационно-прочностных состояний полимеров

При Т>ТХр могут реализовываться различные механизмы разрушения. При небольших напряжениях разрушение отличается от хрупкого лишь тем, что перед растущей трещиной имеется слабо деформированная зона. В области ЙЙЙ реализуется термофлуктуационно-релаксационный механизм разрушения полимеров.

При еще более высокой температуре вынужденная высокоэластичность обуславливает деформационное микрорасслоение материала и образование тяжей, скрепляющих стенки трещин - трещин "серебра". Затем происходит разрушение материала в результате последовательных термофлуктуационных разрывов микротяжей. Такой механизм разрушения полимеров называется релаксационным (область ЙV).

При дальнейшем повышении температуры в местах концентрации напряжений развивается локальное вязкое течение, которое ведет к образованию надрывов, являющихся аналогами трещин в хрупком состоянии. Первый надрыв возникает в месте наиболее опасного дефекта. Такой механизм разрушения носит название вязкоупругого.

Начиная с некоторой температуры ТП, линейный полимер разрушается как пластичный материал. Напряжение приводит к накоплению необратимой деформации, образованию "шейки " и разрыву материала в "шейке" (область V). [4]

Похожие статьи




Условия определения прочностных характеристик резин. Механизмы разрушения полимеров - Технологические особенности изготовление обуви из резины

Предыдущая | Следующая