ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разрушение полимеров в жидкостях, роль механических напряжений из "Физико-химическая стойкость полимерных металлов в условиях эксплуатации " Выше (см. часть I) было показано значительное влияние напряжений и деформаций на скорость объемных диффузионных процессов низкомолекулярных веществ в полимерах. Наряду с этим возможна активация химических процессов взаимодействия полимера и среды в результате механических напряжений [31, с. 21 32, с. 9 33, с. 33]. [c.121] Таким образом, при одновременном действии механических напряжений и жидких сред характер и механизм разрушения материала может не только количественно, но и качественно отличаться от разрушения в агрессивных средах в отсутствие напряженного состояния. Такие эффекты, как коррозионное растрескивание металлов, охрупчивание стекла, озонное растрескивание резин, появление хрупкого растрескивания при повышенных температурах у ПЭ в растворах поверхностно-акти-вных веществ возникают при одновременном воздействии механических напряжений и среды. [c.121] Кроме ярко выраженного эффекта растрескивания напряженных материалов под действием жидких сред часто наблюдается значительное снижение долговременно статической и усталостной прочности жестких полимеров в стеклообразном состоянии. У эла--стичных и линейных полимеров уменьшение долговременной прочности может и не сопровождаться видимым растрескиванием, а происходит в результате набухания и разрыхления структуры. Устойчивость полимеров к воздействию активных внешних сред в общем случае определяется тремя факторами приложенным напряжением, структурой материала, активностью среды. Естественно, все эти факторы зависят от температуры и их относительная роль может меняться при различных температурах. [c.121] Существенное влияние на разрущение оказывает приложенное к образцу напряжение. В активных средах растрескивание образцов полиэтилена при напряжениях ниже некоторого предельного значения не происходит в течение длительного времени [47, 49]. На основе этого некоторые авторы делают вывод о наличии наименьшего критического напряжения, активизирующего растрескивание в средах. В растворителях значение критического напряжения растрескивания может быть меньше. [c.122] При действии постоянного растягивающего напряжения долговечность образцов т в жидких средах уменьшается. При этом форма зависимости Ig т от а в значительном интервале значений т может иметь как линейный, так и нелинейный характер [50 51 52, с. 100 53, с. 34]. Очевидно, что в присутствии растворителей существование наименьшего критического напряжения при статических испытаниях с постоянной нагрузкой — маловероятно. [c.122] Анализируя физику явления разрушения напряженного материала в присутствии активной среды, можно с достаточной уверенностью утверждать наличие следующих основных процессов поверхностно-адсорбционное взаимодействие фазовая и объемная диффузия среды в полимере набухание вплоть до растворения химическое взаимодействие среды с полимером различное сочетание этих взаимодействий. [c.122] Очевидно, поверхностно-адсорбционное воздействие среды практически не должно приводить к разрушению образцов в отсутствие механических напряжений, если, конечно, общее снижение поверхностной энергии тела в среде не будет превышать энергию химических связей тела [49]. [c.122] Среда сильно влияет и на характер разрушения полимерного образца. Так, например, хрупкое разрушение вырождается в разрыв, сопровождающийся большими пластическими или эластическими деформациями, в результате пластификации и равномерного набухания полимера. При воздействии поверхностноактивных веществ и достаточно сильных растворителей, наоборот, может происходить охрупчивание полимерных образцов. [c.123] Рассматривая процесс хрупкого разрушения напряженного полимера в жидких средах, можно выделить три специфических периода первый (индукционный) — зарождение поверхностных субмикродефектов второй — развитие субмикродефектов в микротрещины и прорастание разрушающих трещин третий — практически мгновенное разрушение критического сечения образца. Очевидно, активная жидкая среда будет оказывать существенное влияние на первые два периода ввиду их длительности и специфической особенности. [c.123] Механизм равномерного поверхностного набухания образца в среде и дальнейшего разрушения набухшего образца под нагрузкой менее сложен для описания. Он характерен для каучуков и резин в жидких средах, физически взаимодействующих с полимером не только в напряженном, но и в ненапряженном состоянии. Этот вид разрушения подробно исследован и описан Зуевым [521. [c.123] Рассмотрим особенности хрупкого или псевдохрупкого разрушения жестких полимеров в жидкости при температурах ниже температуры стеклования, т. е. разрушения с образованием отчетливо наблюдаемых трещин. [c.123] Исследование разрушения напряженных образцов данных полимеров в различных жидкостях показало наличие в основном хрупкого механизма разрушения, возникающего в результате образования поверхностных субмикро- и микродефектов и прорастания разрушающих микротрещин. [c.124] Механизм равномерного объемного набухания с резким ослаблением межмолекулярного взаимодействия и равномерным продвижением границы набухания полимера на всей поверхности внутрь образца для стеклообразных напряженных полимеров маловероятен. [c.124] Жидкость, проникая в поверхностные микродефекты, значительно активизирует процесс разрушения. При ослаблении меж-молекулярных связей в перенапряженных участках поверхностных микродефектов образцов усиливаются набухание и растворение полимера, что приводит к росту микродефектов и разрушению напряженного образца. Механические напряжения активизи-рукуг химическое взаимодействие полимера со средой. Это обстоятельство способствует преимущественному прорастанию и развитию микротрещин, а не их залечиванию . [c.124] На число и характер образующихся трещин сильное влияние оказывает активность среды. С увеличением активности внешней реды уменьшается число трещин, но они становятся более глубокими и растут быстрее. Микронеоднородность напряженного состояния и микродефектность образцов сильнее проявляются при увеличении активности жидкой среды. [c.125] Долговечность образцов зависит от вида напряженного состояния образца и от природы среды, воздействующей на полимер. В случае поверхностного растрескивания зависимость Ig Тр — а, полученная при постоянной деформации а onst, имеет, как правило, два участка (рис. IV.3) вертикальный участок /, соответствующий некоторому безопасному напряжению а = ад, и наклонный участок //. Кривые долговременной прочности Ig т—а достаточно монотонны (см. рис. IV.3). [c.125] Значение Tq, определяемое при изгибе образца по образующей эллипса (см. ГОСТ 12020—72), для жестких полимеров, очевидно, несколько завышено. Действительно, в результате поверхностного растрескивания и прорастания глубоких разрушающих трещин на более напряженных участках изогнутого образца напряжения в еще нерастрескавшейся части должны в результате этого уменьшаться во времени и несколько отличаться от расчетных. [c.126] Можно предположить, что для полимеров в инактивных средах, не являющихся растворителями и химически активными агентами, кривые долговременной прочности также могут иметь предельное напряжение, ниже которого разрушение практически не происходит. Такое предельное напряжение наблюдается при коррозионном растрескивании различных металлов [54, с. 43] и резин [52, с. 122]. Однако в литературе отсутствует экспериментальное подтверждение этого предположения для жестких полимеров [52, с. 69 53, с. 182]. Наши исследования по влиянию различных жидких сред на долговечность пластмасс также не позволяют пока однозначно утверждать наличие безопасного напряжения в зависимости Ig т—а. [c.126] Таким образом, для оценки работоспособности полимерных мембран, работающих в условиях двухосного растяжения, с достаточным приближением можно использовать экспериментальные данные, полученные при одноосном растяжении образцов в различных средах. Кроме того, для объяснения механизма процессов разрушения в различных по активности жидкостях удобнее и точнее исследовать долговечность образцов при одноосном растяжении. [c.127] Возникает вопрос, какая зависимость — степенная или экспоненциальная — может быть формально более удобной для аппроксимации экспериментальных результатов оценки долговечности самых разнообразных полимерных материалов при растяжении в жидкостях различной активности. [c.127] Вернуться к основной статье