ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разрушение полимерных материалов в контакте с жидкостями Долговечность, деформируемость и разрушение полимеров в жидкостях из "Физико-химическая стойкость полимерных металлов в условиях эксплуатации " Пример ]. Рассчитать условное время непроницаемости прокладки толщиной 5-10 м из ПТФЭ в герметизирующем узле типа шип—паз, находящейся в контакте с концентрированной азотной кислотой при 50 °С и заданной степени сжатия е. [c.108] Экспериментально определенное т в реальных условиях эксплуатации оказывается равным 6—7 сут. [c.108] Пример 2. Определить количество гептана, проникшее через разделительную мембрану из ПТФЭ с площадью поверхности 25-10 м и толщиной 0,5-10 м за 24 ч при 20 °С, если коэффициент проницаемости ПТФЭ по гептану равен 5,2-10 кг/(м-с) и условное время непроницаемости равно 1,5 ч. [c.108] Экспериментально определенная величина Q равняется 23-10 кг. [c.108] Пример 3. Определить концентрацию азота, проникающего в емкость объемом V = 27-10 м , заполненную азотной кислотой, через полимерную мембрану из сополимера тетрафторэтилена и гексафторпропилена с площадью поверхности 4,85-10 м и толщиной 4-10 м через 36, 55, 89, 177 сут, если Рк = = 1,2-10 18 кг/(м-с-Па) с ас = 1,36 m /m Ог/ж = 2,94-10 кг/(мЗ-Па). [c.108] Таким образом, в зависимости от поставленной задачи можно рассчитывать самые различные изделия по фактору герметичности, определяя или параметры герметичности изделия, или геометрические размеры изделия, если заданы параметры переноса. [c.109] Предложенный подход дает возможность решать задачи прогнозирования герметичности и непроницаемости полимерных изделий для жидких или газообразных сред при различных температурах с учетом напряженного состояния изделий. [c.109] Сопротивление тела разрушающему действию внешних механических напряжений обычно называют прочностью. В физическом и физико-химическом аспекте разрушение тела является результатом преодоления взаимодействия между атомами и молекулами. С этой точки зрения можно выделить следующие виды воздействия, приводящие к разрушению и потере прочностных свойств тела действие механических сил повышение температуры вплоть до температуры плавления, испарения или разложения тела действие растворителей, химически агрессивных сред, жестких излучений. Такие процессы, как ограниченное набухание тела в парах и в жидкостях или адсорбция активных газов, хотя и не сопровождаются полным разрушением тела, тем не менее значительно облегчают этот процесс. [c.110] Рассмотрим основные положения физических теорий прочности и механизма разрушения твердых полимерных тел под действием механических нагрузок. [c.110] Все существующие материалы имеют дефектную структуру, отличающуюся от идеальной. Поэтому фактическая техническая прочность материалов меньше, иногда на 2—3 порядка, теоретической прочности. Под теоретической прочностью понимают максимальную квазиупругую растягивающую силу, которая вызывает диссоциацию и преодолевает взаимодействие между частицами тела. [c.111] В литературе описаны различные методы расчета теоретической прочности (Борн, Цвикки, Орован, Кобеко и др.), отличающиеся исходными допущениями о характере потенциальной энергии взаимодействия между частицами твердого тела и видом зависимости квазиупругой силы от расстояния между частицами. [c.111] Это уравнение применимо для любого типа связей, различная жесткость которых характеризуется значениями модуля Юнга. Для оценки теоретической прочности полимерных тел уравнение (IV. 1) может быть использовано в грубом приближении, по-видимому, для предельно ориентированных линейных структур при низких температурах. [c.111] Энергетическая концепция Гриффитса рассматривает разрушение твердого тела как атермический критический процесс, поэтому она физически может быть оправдана только при очень низких температурах вблизи абсолютного нуля. Для полимеров, которые представляют собой достаточно лабильные системы с резко неоднородным характером связей, энергетическая концепция Гриффитса, основанная на статистическом описании прочностных свойств, не всегда может быть положена в основу истолкования многих наблюдаемых экспериментальных фактов [8, с. 7]. [c.112] На практике в большинстве случаев наблюдается наложение и медленный рост дефектов в материале при напряжениях значительно меньше критического напряжения, оцениваемого по уравнению (IV.2). В результате наблюдается зависимость разрушающего напряжения от продолжительности действия сил. При этом под дефектами следует понимать не только микро- и субмикротрещины, но и прочие неоднородности структуры материала, приводящие к местным концентрациям напряжений или упругой энергии (полости, включения, вакансии, нарушения кристаллической и химической структуры, а также энергетические неоднородности, возникающие в результате флуктуации теплового движения атомов и молекул и др.) [8, с. 268]. Эти обстоятельства предопределяют кинетический характер прочности при температурах, достаточно далеких от абсолютного нуля. [c.112] Зависимость (IV.3) имеет фундаментальное значение, поскольку экспериментально соблюдается для самых разнообразных материалов (металлы, неорганические и органические стекла, кристаллические ориентированные полимерные материалы и волокна) в широком интервале времени (от 10 до 10 с) и температуры. При сг = = О уравнение (IV.3) теряет смысл. [c.113] Основными факторами, обусловливающими временной характер процесса разрушения, являются температура и напряжение. Экспериментальные результаты по исследованию механического разрушения и термической деструкции ориентированных стеклообразных полимеров показали выделение в обоих случаях одних и тех же летучих продуктов и примерное равенство значений [8, с. 258]. Это свидетельствует о физическом сходстве процессов механического разрыва и термической деструкции. [c.113] Следует также иметь в виду, что экспериментальные данные соответствуют уравнению температурно-временной зависимости прочности Журкова только в том случае, если константы Uq, То и особенно у не изменяются за время опыта. Когда эти константы изменяются, например при пластификации, ориентации структурных элементов [6, с. 252], кристаллизации под действием температуры и напряжений [14], то наблюдается отклонение от линейной зависимости Igx = /(a). Отклонения возможны и при термической деструкции. Все эти факты требуют осторожности при трактовке различных экспериментальных данных и физической сущности констант уравнения (IV.3). [c.113] Основное отличие уравнения (IV.4) от (IV.3) состоит в том, что в предэкспоненциальный множитель входит а. Поэтому уравнение (IV.4) имеет физический смысл и при а = 0. Если сравнивать эти зависимости применительно к полимерам, то значениям 7 и шР придается различный физический смысл. Согласно (IV.3) у — структурная константа, учитывающая неоднородность распределения напряжений по цепям в объеме полимера, она определяется механизмом перераспределения напряжений между цепями. Наличие неоднородности напряженного состояния химических связей в объеме полимера под нагрузкой доказано экспериментально [8, с. 150] методом ИК-спектроскопии. В уравнении (IV.4) произведение соР характеризует неоднородность напряжений только в элементарном объеме в устье трещины и не учитывает неравномерность их в объеме. Несмотря на различие в трактовке физического смысла констант То и v и шр, основой обоих рассмотренных уравнений является термофлуктуационный механизм разрушения. Поэтому уравнение (IV.3) хорошо описывает зависимость т от сг для большинства застеклованных или предельно ориентированных полимеров, в которых зона разрушения, как правило, ограничена вершиной одной или нескольких растущих трещин и значение V меняется незначительно в процессе разрушения. [c.114] Из уравнения (IV.5) видно, что энергия активации разрыва не зависит от напряжения. Это становится понятным, если считать, что при длительных статических испытаниях образец эластомера находится в равновесном состоянии и согласно теории высокоэластической деформации ст = Тф (к), где к — относительная деформация образца. [c.115] Вернуться к основной статье