ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы и приборы Исследование процессов диффузии, сорбции и проницаемости из "Физико-химическая стойкость полимерных металлов в условиях эксплуатации " Влияние жидкой химически активной среды на процесс усталостного разрушения в первую очередь должно проявляться в ускорении образования первоначального дефекта. При развитии этих дефектов в субмикротрещины и магистральные разрушающие трещины определяющим кинетическим фактором разрушения может быть поверхностная или объемная диффузия молекул среды к вершине растущей трещины. Это наглядно показано Зуевым для случая разрушения напряженных резин в атмосфере озона [11, с. 163] и нами для разрушения полимеров в жидкостях. [c.185] При динамическом нагружении в связи с возможностью чередования смыкания и раскрытия трещин замедление диффузионного переноса может быть более значительным (см. рис. V.2). [c.185] Усталостное разрушение полимерных материалов в растворителях и хороших пластификаторах имеет свои особенности. С одной стороны, растворители могут способствовать образованию первоначальных дефектов за счет снижения когезионной энергии в отдельных ослабленных точках поверхности. С другой стороны, при достаточно длительном воздействии, когда поверхностные слои испытуемых образцов набухнут в среде, может иметь место выравнивание и снижение напряжений в этих слоях. Это обусловливает возможность как псевдохрупкого, так и пластического разрушения образцов. [c.186] Поскольку диффузионные процессы при динамическом нагружении проявляются меньше, чем при статическом, то можно предположить относительно большее влияние термодинамических параметров, например параметров растворимости. На рис. V.11 для ПММА и ПВХ представлены зависимости Ig N от параметров растворимости исследованных жидкостей (см. гл. IV). [c.186] Для обоих полимеров зависимости имеют минимум долговечности, который приходится на значения б, примерно равные значениям параметров растворимости испытуемых образцов. [c.186] В приведенных примерах образцы испытывались при двухстороннем изгибе при достаточно малых нагрузках (18 МПа для ПВХ и 25 МПа для ПММА) с целью увеличения времени до разрушения и уменьшения относительного влияния скорости набухания. Для статического нагружения подобной закономерности не установлено. [c.186] Наибольший интерес для практики представляют инактивные среды, не взаимодействующие с полимером химически и не являющиеся растворителями или пластификаторами. Воздействие таких жидкостей на полимер ограничивается в основном поверхностными явлениями. [c.186] Поверхностное воздействие среды на изменение прочностных свойств твердых тел обычно объясняют эффектом Ребиндера [12]. [c.186] Этот эффект, как известно, об-условлен тем, что поверхностноактивные вещества в результате адсорбции на поверхности твердого тела понижают его поверхностную энергию, способствуя развитию трещин при меньших напряжениях. [c.186] Для материалов, имеющих высокие значения поверхностной энергии, например для металлов, силикатных стекол, этот эффект может быть очень значителен. Наряду с чисто поверхностноадсорбционным воздействием, жидкая среда может проникать в субмикродефекты твердого тела и оказывать дополнительное расклинивающее действие за счет капиллярных сил и давления растекания. [c.187] По нашим представлениям для полимерных материалов, имеющих низкие значения поверхностной энергии, фазовый эффект воздействия жидкости может иметь решающее значение в ускорении процессов разрушения. Для проверки этого предложения была предпринята экспериментальная попытка качественно оценить относительное влияние обоих указанных эффектов на процессы усталостного разрушения полимеров. [c.187] Величину поверхностной энергии на границе твердого тела с жидкостью можно оценить по формуле (IV.24). [c.187] В табл. V.1 для ПММА и ПВХ в контакте с различными алка-нами и спиртами представлены расчетные значения и число циклов до разрушения N при нагружении образцов по схеме двухстороннего изгиба с частотой а = 100 цикл/мин и ст = = 42,5 МПа. В данном случае тепловой эффект отсутствует. [c.187] Из данных таблицы видно, что прямая связь между расчетным значением поверхностной энергии на границе твердое тело — жидкость и долговечностью отсутствует. Наоборот, при контакте с жидкими веществами в пределах одного гомологического ряда наблюдается обратное изменение поверхностной энергии и долговечности полимера. При переходе от низшего к высшему гомологу 7тж падает, а N возрастает. Подобная закономерность наблюдается во всем исследованном интервале действующих на образец напряжений от 24,5 до 82,5 МПа для ПММА и от 18,0 до 68,0 МПа для ПВХ. [c.187] Таким образом, можно утверждать, что изменение кинетики процессов усталостного разрушения полимерных материалов в инактивных жидких средах, характеризуемое уменьшением числа циклов до разрушения, нельзя объяснить только поверхностно-адсорбционным эффектом и уменьшением поверхностной энергии полимера. [c.188] В табл. V.2 величины долговечности сопоставлены с физикохимическим параметром, характеризующим фазовое расклинивающее действие жидкости в субмикротрещинах, т. е. с коэффициентом растекания (см. гл. IV). [c.188] Различие механизма влияния на кинетику разрушения химически активных веществ или растворителей по сравнению с поверх-ностно-активными жидкостями отчетливо проявляется, если сравнивать экспериментальные результаты для этих сред в координатах (рис. V.12). В растворителях и химически активных средах NJNs растет с увеличением а, в поверхностно-активных жидкостях, наоборот, это отношение уменьшается. [c.189] В заключение необходимо обратить внимание на следующее. [c.189] В основе процессов разрушения жестких полимерных материалов при динамическом нагружении в контакте с жидкостями лежат те же явления, что и при статических растягивающих нагрузках. Принципиальных качественных различий при воздействии различных типов жидкостей в статических и динамических условиях нагружения, как правило, не обнаруживается. [c.189] Особенности динамического нагружения проявляются в первую очередь в явлениях саморазогрева образцов и в облегчении теплоотвода в жидкости по сравнению с воздухом. Поскольку при знакопеременных нагрузках происходит размыкание и смыкание поверхностных дефектов, то кинетика проникания контактируемой жидкости к вершинам разрушающих трещин при динамическом и статическом нагружении будет различаться. Для разработки количественных методов длительного прогнозирования работоспособности жестких полимерных материалов при высокоскоростном динамическом нагружении в контакте с жидкостями требуется набор больших статистических данных. Однако с учетом изложенного в данной главе можно судить о различной активности жидких сред к полимерным материалам в условиях динамического нагружения. [c.189] Вернуться к основной статье