ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теории пластичности и холодной вытяжки из "Механические свойства полимеров и полимерных композиций " Пластичность и холодная вытяжка полимеров играют важную роль при разрушении ударопрочных и пластичных полимеров. На диаграмме напряжение—деформация пластичность материала проявляется в появлении предела текучести. Этот эффект может быть выражен в виде максимума на кривой или же проявлятьея как область изменения ее кривизны. [c.177] При холодной вытяжке растяжение полимеров сопровождается образованием шейки, которое начинается в локализованной области образца. Оно выражается в резком уменьшении площади поперечного сечения образца в этой области по сравнению с остальной частью образца при сохранении общей нагрузки на образец. Холодная вытяжка после предела текучести проявляется в деформационном упрочнении полимера, иначе материал разрушился бы по уменьшенному сечению. Деформационное упрочнение возникает в результате молекулярной ориентации, сопровождаю-щейея возрастанием модуля упругости и разрывной прочности. Деформационное упрочнение кристаллических полимеров может быть обусловлено также перекристаллизацией в процессе деформирования [192]. При дальнейшем растяжении шейка удлиняется до тех пор, пока весь образец не подвергнется холодной вытяжке. Холодная вытяжка любой части образца наступает при критической деформации, предетавляющей собой естественную степень вытяжки данного материала, которая зависит от температуры, степени ориентации и других факторов. При дальнейшем растяжении образца после прекращения холодной вытяжки напряжение резко возрастает, и быстро наступает разрушение. В процессе холодной вытяжки полимерные цепи ориентируются в направлении растяжения. [c.177] Естественная степень вытяжки равна отношению длины части образца, подвергщутого предельной холодной вытяжке, к начальной длине до растяжения. Она может как увеличиваться, так и уменьшаться с повышением температуры и обычно возрастает с повышением молекулярной массы полимера и скорости деформации [14, 120, 193]. Если полимер был предварительно ориентирован, степень вытяжки уменьшается. Очевидно, что сумма степеней предварительной ориентации и ориентации при холодной вытяжке является величиной приблизительно постоянной для данного полимера. Холодная вытяжка кристаллических полимеров изменяет морфологию кристаллов — наблюдается переход от сферолитной к фибриллярной структуре с ориентацией всех цепей в направлении растяжения. [c.177] Предложено много теорий пластичности и холодной вытяжки полимеров, однако эти явления продолжают активно изучаться. Одно из первых предположений о пластичности аморфных стеклообразных полимеров было основано на том, что энергия, накапливаемая в полимере при растяжении, приводит к разогреву локальных участков и достижению в них температуры выше (или Тпл в случае кристаллических полимеров) [192, 194— 196]. Вытяжка полимера при этом рассматривалась как растяжение эластичного материала, находящегося при или выще Т . Эта теория в настоящее время признана необоснованной, за исключением возможно только некоторых полимеров при сверхнизких температурах, у которых наблюдается заметный вторичный переход в стеклообразном состоянии. [c.178] Много теорий основано на учете эффекта расширения полимеров при приложении напряжения. Если возрастание объема обусловливает возрастание свободного объема и соответствующее понижение вплоть до температуры испытания, то холодная вытяжка фактически соответствует растяжению материала, находящегося в высокоэластическом состоянии [6, 15, 198—2011. Расширение может сопровождаться образованием микропустот или микротрещин, поэтому ряд теорий связывает пластичность полимеров с процессами образования микропустот или микротрещин [15, 40, 202—204]. Хотя микротрещины, по-видимому, напоминают обычные трещины, их объем примерно на 50% заполнен ориентированным полимером [205—207]. Микротрещины состоят из чередующихся пустот размером от 25 до 200 А, разделенных ориентированным полимером. Эти пустоты обнаруживаются методом. малоуглового рассеяния рентгеновских лучей [208—211 ]. Очевидно, образование микротрещин играет большую роль в проявлении пластичности полимерных смесей и ударопрочных термопластов [1, 140, 146, 147, 164, 212]. [c.178] Еще одна группа теорий холодной вытяжки полимеров основана на представлениях, аналогичных активационной теории вязкости, предложенной Эйрингом [213]. Согласно этой теории прикладываемое напряжение делает потенциальный барьер, ограничивающий сегментальную подвижность, несимметричным и увеличивает вероятность движения в направлении прикладыва- емой силы [214—217]. [c.178] Это вероятностное уравнение связывает возможность разрыва цепи с напряжением, следовательно, натянутые цепи разрываются первыми, и напряжения затем перераспределяются на оставшиеся цепи [220]. Такая релаксация напряжения в местах его концентрации способствует холодной вытяжке полимера. Возможность развития холодной вытяжки связывают также с тем, что свободные радикалы, образующиеся при разрыве одной цепи, могут инициировать разрыв других цепей по цепному механизму, что приводит к образованию пустот в областях, где вновь образовавшиеся концы цепей сворачиваются после релаксации напряжения на них [221]. Эти, микропустоты могут служить зародышами образования микротрещин, которые приводят к проявлению пластичности или разрушению полимера. [c.179] Вследствие того, что в материале содержится большое число частиц эластомера, одновременно могут быть инициированы миллионы микротрещин вместо всего нескольких трещин, способных вызвать катастрофическое разрушение полимера, если их рост не будет остановлен из-за развития других трещин [I, 183]. Таким образом, в гетерогенных композициях при разрушении рассеивается очень большое количество энергии. Частицы эластомера действуют как искусственно созданные слабые участки в полимере в отличие от таких же естественных участков, показанных на рис. 5.21. Микротрещины в полимерных смесях распространяются по ломаной кривой от одной дисперсной частицы к другой, в отличие от прямолинейного роста трещин в однофазном аморфном полимере. [c.182] Вернуться к основной статье