Материалы полимерные, влияние структуры

Отличительной чер" ой полимерных материалов является,влияние надмолекулярных структур на механизм разрушения. Исследования С. Н. Журкова с сотр. показали, что зародышевые микротрещины возникают в участках наиболее слабых и перенапряженных. Такими очагами зарождения трещин являются границы раздела надмолекулярных образований в полимерах. [c.103]

В табл. 1.5 приводятся данные о влиянии структуры некоторых промышленных полимерных материалов на их коррозионную стойкость в наиболее типичных средах. [c.67]

Таблица L5. Влияние структуры на химическую стойкость полимерных материалов

Полимерные материалы неоднородны. Дефекты структуры, поверхностные микротрещины концентр аторов напряжений в сочетании с влиянием геометрической формы детали и масштабного фактора проявляются не менее активно, чем у металлов. [c.16]

Структура полимерных материалов и поведение тонких поверхностных слоев, в которых уже при формировании происходит ограничение подвижности молекулярных цепей и разрыхление упаковки макромолекул, оказывает решающее влияние на фрикционные свойства и износостойкость этих пар трения. [c.265]

Структура поверхности значительно усложняется при применении наполненных полимеров, когда в тончайших слоях происходит существенное изменение надмолекулярных структур, что приводит обычно к повышению износостойкости. Для полимерных материалов характерно также нахождение на поверхности адсорбционных слоев различных веществ, которые оказывают заметное, пока еще малоизученное влияние на процесс трения и износа. [c.265]

Усадочные явления, возникающие в полимерных материалах в результате химических, термических и механических процессов, оказывают существенное влияние на качество изделий, так как они изменяют не только геометрические размеры и форму изделия, но и физико-механические характеристики. Образование дефектов структуры вследствие усадочных явлений обусловлено нарушением условий протекания технологических процессов формирования изделий. [c.11]

Старение полимерных материалов. Физико-химические свойства полимеров (предел прочности при растяжении, сопротивление пластической деформации, температура размягчения, эластичность и др.) определяются их химическим составом и структурой. Структура полимеров характеризуется областями кристаллического и аморфного строения, формой и степень подвижности цепей, величиной и характером сил, действующих между цепями, степенью сшивания цепей (образования поперечных связей). Поперечные связи ограничивают движение цепей относительно друг друга и оказывают большое влияние на физические свойства полимеров. С ростом числа поперечных связей уменьшается растворимость полимеров, ухудшаются механические свойства, характерные для линейных полимеров эластичность, вязкость и др. Свойства сшитых полимеров аналогичны свойствам полимеров с трехмерной структурой. [c.17]

В гл. 1 обсуждаются основы теории колебаний и виды демпфирования. В гл. 2 и 3 вводятся основные понятия о том, как описывается явление демпфирования, причем особое внимание уделяется вязкоупругому демпфированию, определяющему поведение полимерных и стекловидных материалов, а также эластомеров. В гл. 4 описывается влияние вязкоупругого демпфирования на динамическое поведение конструкций, причем основной упор сделан на описании важного для практики случая системы с одной степенью свободы. В гл. 5 рассматривается тот же вопрос применительно к исследованию влияния дискретных демпфирующих устройств типа настроенных демпферов на динамическое поведение конструкции. В гл. 6 описано влияние обширного класса демпфирующих устройств типа систем с поверхностными покрытиями или слоистой структурой, в гл. 7 приведены диаграммы для определения комплексных модулей упругости для большого числа интересных с точки зрения конструктора материалов. В каждую главу включены иллюстрации, примеры и случаи из практики, с тем чтобы показать читателю, как можно использовать теорию и справочные данные при решении практических задач подавления колебаний и шумов. [c.9]

Стандартизация полимерных материалов, особенно в мировом масштабе, является очень трудной задачей из-за необходимости нормализации всех параметров, оказывающих влияние на главные свойства материала. Конструктору учесть это влияние очень сложно, так как он в настоящее время, в лучшем случае, располагает отрывочными данными результатов исследований, проведенных часто над материалами с другим составом, структурой и т. п. (Прим. автора). [c.115]

Промышленные и исследовательские лаборатории в последнее время делают больший упор на выявление связи между механическими свойствами полимеров и их структурой и на расширение возможностей их применения, чем на синтез новых полимеров. Конструкторы нуждаются в знании вязкоупругих свойств полимеров при создании все новых и новых изделий, вытесняющих изделия из металлов и стекла. Переработчики полимерных материалов все больше осознают влияние таких факторов, как молекулярная масса полимеров, ориентация, условия термообработки и т. д., на качество продукции. Очевидно, что существует настоятельная необходимость в книге, в которой механические свойства полимеров и полимерных материалов анализируются на уровне, удовлетворяющем и конструкторов и переработчиков-технологов. [c.10]

Основное достоинство большинства полимерных материалов заключается в сочетании требуемого уровня механических свойств с низкой стоимостью и высокой производительностью при формовании изделий. Механические характеристики полимеров считаются одними из важнейших эксплуатационных показателей в любой области их применения. Поэтому каждый специалист, работающий с этими материалами, должен иметь достаточно четкие представления об их механических свойствах и о влиянии структурных параметров полимеров на их поведение. Полимеры (химическая структура важнейших типов которых приведена в Приложении 1) обладают наиболее широким диапазоном механических свойств среди всех известных материалов. По своему поведению они изменяются от вязких жидкостей и эластомеров до жестких твердых тел. Большое число структурных параметров определяет особенности механических свойств полимеров. Одной из основных задач этой книги является анализ роли этих параметров, среди которых помимо химического состава следует указать следующие молекулярная масса степень разветвленности или сшивания степень кристалличности и морфология кристаллов состав и строение сополимеров (статистических, блок- и привитых) пластификация молекулярная ориентация наполнение. [c.13]

Известно очень мало данных о влиянии химической и физической структуры полимеров на их выносливость. Влияние некоторых структурных факторов на механические потери полимеров рассмотрены в гл. 4. Однако практически не установлено никакой связи между химической и молекулярной структурой полимеров и условиями образования и прорастания трещин. Связь между образованием трещин и наличием неоднородностей структуры и дефектов коротко рассмотрена в гл. 5. Обычно факторы, повышающие прочность полимеров, обусловливают также возрастание выносливости. Так, при увеличении молекулярной массы полимеров их выносливость возрастает до определенного предела [47, 48]. Выносливость повышается также при уменьшении вероятности образования микротрещин, например при ориентации в направлении, параллельном прикладываемому напряжению [49]. Ориентация заметно влияет на выносливость деталей из полипропилена, получаемых литьем под давлением и подвергаемых при эксплуатации многократному изгибу. Поскольку выносливость в решающей степени определяется прорастанием трещин, надрезы и царапины на образцах могут вызвать резкое уменьшение выносливости, особенно в материалах, чувствительных к надрезам. В полимерных волокнах и вулканизованных каучуках усталостное разрушение сопровождается разрывом полимерных цепей и образованием свободных радикалов. [c.206]

На химическую стойкость и долговечность изделий из полимерных материалов при контакте с жидкими и газообразными средами наибольшее влияние оказывают характер коррозионной среды, химический состав и структура материала, механические напряжения, температура и др. [c.110]

Возможности в этом плане развитого в данной работе фрактального подхода в теории консолидации рассматриваются ниже на примере ряда из пяти видов порошковых и зернистых материалов металлических, керамических, полимерных, древесных и торфяных. Ряд сформирован не случайным образом, он подобран так, чтобы при переходе от одного вида материалов к другому происходило постепенное усложнение внутренней структуры консолидируемых частиц. Занимающие в этом ряду среднее положение полимерные пресс — порошки являются сложной системой, поскольку содержат минеральные или, чаще всего, древесные наполнители. Для древесных дисперсных систем характерна иерархическая структурная организация. Торфяные системы интересны тем, что они имеют древесные структуры или близкие к ним, но преобразованные идущими в торфяной залежи химическими, биологическими и геологическими процессами. Теория фракталов позволяет проследить влияние заказанных особенностей на механику консолидации. [c.92]

Сложность проблемы старения состоит в том, что химическая природа полимеров различна, поэтому и механизмы процессов деструкции и структурирования молекулярных цепей не идентичны. Различие в природе и химических свойствах мономерных звеньев полимерных материалов настолько велико, что влияние факторов среды становится Неоднозначным. Незначительное изменение в структуре, появление новой функциональной группы или ингредиента может резко изменить стабильность полимера. Такие же колебания стабильности полимеров возможны при изменении факторов среды (температуры, влажности, загрязнения поверхности и т.п.). [c.43]

В последнее время появилось значительное количество работ в области исследования полимерных материалов с применением неразрушающих методов. Основные задачи, разрешаемые с помощью этих методов, следующие исследование воздействия различных температур на поведение полимера, исследование влияния состава и структуры полимера на его свойства, исследование кинетики процесса полимеризации, исследование упругих характеристик полимеров и вопросов дефектоскопии изделий из пластмасс. [c.69]

О влиянии температуры на прочность полимерных материалов будет сказано ниже. Здесь же отметим исследования прочности резин при повышенных температурах. При изучении вопросов влияния температуры на скорость разрушения ненаполненных резин Г. М. Бартенев (1958—1964) показал, что с повышением температуры увеличивается скорость образования и роста треш ин и надрывов. В этих же работах проведено исследование влияния температуры на временную зависимость прочности резин в интервале от 20 до 140° С. Установлено сложное влияние температуры на долговечность, и указан диапазон практически безопасных нагрузок. Было показано, что температурно-временные зависимости для резин отличаются от таковых для твердых полимеров, причем при высоких температурах (90—140° С) в области больших долговечностей наблюдается отклонение кривых временной зависимости прочности от линейной (в координатах 1д т — lg <7), что, по-видимому, связано с изменением структуры в поверхностном слое образцов под действием процессов деструкции. Кроме того, в отличие от твердых тел (Г. М. Бартенев, 1964), напряжение оказывает незначительное влияние на энергию активации, которая для резин принимает довольно низкое значение это связано, по-видимому, с тем, что кинетику процесса разрушения резин определяют главным образом межмолекулярные связи. [c.421]

Комплекс тепловых свойств определен путем составления и решения уравнений тепло- и массопереноса, а также уравнений кинетики разупрочнения образцов стеклопластиков при одностороннем высокотемпературном нагреве. Рассмотрено влияние состава и свойств компонентов на характеристики теплопроводности и температурного расширения стеклопластиков с учетом анизотропии структуры материала при нормальных и повышенных температурах. Составлена программа и приведены примеры определения тепловых свойств стеклопластиков в условиях термодеструкции с учетом зависимости их от температуры и степени завершенности процесса термодеструкции. Изложенный подход к определению тепловых свойств и теплостойкости стеклопластиков при неравномерном нагреве применим ко многим другим теплостойким композиционным полимерным материалам. [c.2]

Влияние состава и структуры материала на константы а, и и у успешно изучают на полимерах, что помогает выяснить механизм разрушения. Кроме того, намечаются пути регулирования прочности изменением состава полимерных материалов. [c.241]

Таким образом, по мере вулканизации золь-фракция резко падает до нуля, и все влияние дополнительных пересечений сводится к добавлению новых связей между цепочками, которые уже и без того входят в состав геля. Рассуждая в терминах структуры, мы должны рассматривать резину как случайную сетку, узлы точки пересечения) которой соединены полимерными цепочками различной длины (рис. 7.11). За исключением малого числа свободных концов , мы теряем здесь всю информацию о природе исходных очень длинных макромолекул, из которых данная сетка образовалась. В таком материале каждый отрезок линейного полимера между двумя точками пересечения рассматривается как отдельная цепочка. [c.310]

Механическая деструкция происходит при истирании и разрыве полимерных материалов. Термическая деструкция зависит от структуры полимера и приводит к его распаду на исходные мономеры. Химическая деструкция возникает под влиянием кислорода воздуха и может ускоряться под действием света. [c.150]

На эксплуатационные свойства полимера оказывают влияние стереохимическое строение цепей и его надмолекулярная структура, т. е. определенное взаимное расположение макромолекул. В наиболее простых случаях регулировка надмолекулярной структуры осуществляется путем ориентации, закаливания и кристаллизации, эти методы широко используются в современной промышленности полимерных материалов. [c.44]

Успешное развитие физики полимеров в работах отечественных и зарубежных ученых — А П. Александрова, Г, М. Бартенева, П. П, Кобеко, Е. В, Кувшинского, В. А. Каргина, Ю. С. Лазуркина, Г. Л. Слонимского, Я И. Френкеля, С. Я Френкеля, Ф. Бюхе, Н Джеймса, В. Куна, Дж. Максвелла, В. Марка, Л. Трелоара, А. Тобольского, Р. Флори и других [2, 10, 185, 186, 213] — создало основу, на которой ведется изучение свойств и описание механического поведения полимерных материалов. Физический подход интенсивно развивается при анализе деформационных и прочностных свойств и связи их с молекулярным строением, при изучении влияния структуры на механические евойства, при исследовании релаксационных процессов и молекулярной подвижности в полимерах Здесь могут применяться менее сложные соотношения, дающие в ряде случаев только качественное описание явлений, но позволяющие раскрыть их физический смысл. [c.40]

Экспериментальные, данные и опыт эксилуатации полимерных материалов в условиях воздействия агрессивных сред позволяют делать выводы о связи мелгду структурой высокомолекулярных соединений и их химической стойкостью. В отличие от низкомолекулярных соединений, макромолекула содержит большое число реакционноспособных групп, в зависимости от характера которых или замены их другими группами свойства полимера могут в значительной степени изменяться в сторону их ухудшения или улучшения. Например, на поливиниловый спирт, содержащий гидроксильные группы, оказывают влияние вода, кислоты и щелочи. Стойкость иоливинилацет ата, полиакриловой кислоты и других высокомолекулярных соединений, которые можно представить как производные полиэтилена при частичном или полном замещении водорода гидроксильными, ацетатными или другими функциональными группами, также понижена. Соединения, у которых водоро.т в полиэтиленовой цепи замещен фтором или фтором и хлором, стойки во всех агрессивных средах. [c.357]

В главе 1 приведены сведения о физико-механических и триботехнических свойствах различных полимерных композиционных материалов, применяемых для изготовления деталей узлов трения (трибосис-тем). Эти материалы представляют собой полимеры (фторопласт-4, полиэтилен, полиамид, поликарбонат и др.), модифицированные введением различных наполнителей. В главе 6 на примере ПТФЭ (фторопласт-4) подробно рассмотрено влияние наполнителей-модификатора на параметры надмолекулярной структуры полимера, которое в совокупности с физическими свойствами наполнителей определяет свойства модифицированного полимерного материала. [c.231]

Все современные коммерческие углеродные волокна разработаны для армирования полимерных матриц. Главная задача совершенствования таких волокон состоит в создании условий, обеспечивающих повышение предела прочности при межслойном сдвиге полимерных композиционных материалов, не превышающего обычно 3,5 кгс/мм . Для этого волокна подвергают окислительной обработке в жидкой или газообразной среде, существенно изменяющей их поверхностную структуру. Для низкомодульных углеродных волокон после обработки характерно формирование аморфного и разрыхленного поверхностного слоя, для высокомодульных — поверхностного слоя с графитоподобной структурой. Повышение прочности композиционных материалов при межслойном сдвиге вследствие окислительной поверхностной обработки углеродных волокон приводит обычно к некоторому падению предела прочности композиции при растяжении [53]. Влияние окислительной обработки на внешний вид углеродных волокон, полученных из полиакрилпитрильного и вискозного сырья, оказалось различным волокна на основе полиакрилнитрила после [c.353]

Одним из отрицательных качеств КМ на полимерной матрице со слоистой и волокнистой структурой является низкое сопротивление сдвигу. Для ряда конструкций, в том числе и оболочечных, выполненных из этих материалов и находящихся в условиях плоского напряженного состояния, касательные напряжения, несмотря на их малость по сравнению с нормальными растягивающими или сжимающими напряжениями, могут оказать существенное влияние на несущую способность. В качестве примера рассмотрим панель из углепластика с ориентацией слоев [0/90/0]пГ и пределами их прочности при растяжении вдоль волокон аьо = 600 МПа, при растяжении поперек волокон аь90 — 80 МПа, при сдвиге в плоскости армирования ть = 15 МПа, нагружаемую растягивающими усилиями вдоль оси 1 со сдвигом. Ось 1 направлена вдоль волокон с ориентацией 0°, а ось 2 перпендикулярна ей. Если для оценки несущей способности панели воспользоваться критерием прочности йая [c.327]

В теоретическом плане это связано с тем, что такие системы являются удобной модельной средой для описания эффективных характеристик материалов в рамках различных теоретических подходов, в том числе и методами теории перколяции. В данной главе на основе теории фракталов развивается более общий подход, позволяющий исследовать влияние процессов структурообразования на механические свойства композиционных материалов. Фрактальный подход к описанию структуры композиционных материалов дает возможность последовательно усложнять строение и набор рассматриваемых структур, что позволит позже перейти к описанию свойств таких сложных биокомпозитов, как натуральная древесина, древесно —полимерные композиционные материалы. [c.141]

Одной из наиболее важных задач механики композитных материалов является разработка феноменологических методов прогнозирования прочности по известным прочностным и деформационным свойствам их структурных элементов — волокон, полимерного связующего и поверхпости контакта между ними. В зависимостн от вида нагружения разрушение армированного пластика может начинаться в любом из этих трех элементов структуры материала. В настоящее время наименее изученным является вопрос о критических состояниях и разрушении контакта между волокнами и связующим и о влиянии прочности сцепления между компонентами на прочность армированного пластика. [c.131]

Необходимо изучение механической обработки ВКПМ и по той причине, что она существенным образом сказывается на эксплуатационных характеристиках готовых изделий. Механическая обработка в любом случае влияет на свойства обрабатываемых деталей. При механической обработке металлов и сплавов происходит изменение структуры поверхностного слоя обрабатываемой детали, появляются остаточные напряжения. Все это, естественно, влияет на физико-механические характеристики готовых изделий. Еще большее влияние -оказывает механическая обработка на свойства изделий из полимерных композиционных материалов, что объясняется спецификой структуры и свойств ВКПМ. Так, механическая обработка приводит к интенсификации процессов водопоглощеиия, снижению прочности изделия, деструкции полимерного связующего, что оказывает влияние на эксплуатационные характеристики изделий. Подробнее эти процессы будут описаны в гл. 3. [c.14]

Аналогичная зависимость наблюдается и при растяжении, где предел прочности линейно зависит от плотности графита в интервале 1,56—1,84 г см и изменяется от 200 до 360 кГ1см [28]. Температурная зависимость предела прочности показывает, что с повышением температуры до 2400—2500° С величина его возрастает, а при более высоких температурах — резко падает. Различные исследователи выдвигают свои гипотезы, объясняющие такое аномальное поведение графита (и некоторых других материалов) при повышении температуры. Мрозовский [108] объясняет эту зависимость тем, что снимаются остаточные напряжения, возникшие вследствие анизотропного изменения размеров отдельных кристаллитов при охлаждении графита после графитизации. Эта теория была дополнена Хо-вом, который, основываясь на различных величинах коэффициента термического расширения по осям сна, показывает возможность заклинивания кристаллитов при повышении температуры. В этом случае структура становится более жесткой. По мнению авторов работ [89, 90], повышение прочности может быть обусловлено дегазацией графита (удалением сорбированных газов) при повышенных температурах. Мартенс и др. [91] связывают повышение прочности с проявлением ресурса пластичности графита при повышении температуры, в связи с чем снижается влияние внутренних напряжений, возникающих в местах структурных неоднородностей, в том числе в порах. Грин [92] объясняет изменение механических свойств графита по аналогии с полимерными материалами, у которых таким же образом возрастает модуль упругости и кривая напряже- [c.47]

Интерес к задачам свободноконвективного теплообмена и, в частности, конвективной устойчивости сред с неньютоновскими свойствами обусловлен, в первую очередь, разнообразными практическими приложениями (производство и переработка полимерных материалов, хранение и транспорт нефти и нефтепродуктов, процессы химической технологии и др. см. [57]). Влияние неньютоновских свойств на структуру конвективного течения и его устойчивость, разумеется, существенно определяется реологией среды. В данном параграфе рассматриваются конвективные течения нелинейно-вязких и вязкоупругих жидкостей. [c.152]

По Б. А. Догадкину [486, 487], при очень медленном деформировании рвутся только первичные (химические) связи пространственной сетки. Более быстрое (неравновесное) деформирование приводит к разрыву вторичных (межмолекулярных) связей. Вследствие этого условно-равновесный модуль определяется в основном густотой вулканизационной сетки, а неравновесные модули — составом резиновой смеси (природой и содержанием физически реагирующих ее компонентов). Получаются неодинаковые значения прочности вулканизатов разной полярности при одинаковой густоте сетки [446, 447], Межмолекулярное взаимодействие определяет внутреннее трение в системе. Таким образом, прочность оказывается функцией внутреннего трения. Разрывы межмолекулярных связей происходят в процессе деформирования сплошной среды еще в период, предшествующий видимому нарушению сплошности [178, 370, 486, 487], Межмолекулярное взаимодействие существенно зависит от химического строения полимера, а последнее обусловливает его степень упорядоченности, возникающую при деформировании. Прочность полимерных материалов в процессе ориентации заметно изменяется. Влияние упорядочения структуры и молекулярной ориентации при деформации резин отмечено Б. А. Догадкиным и сотр. [486, 487]. [c.191]

Процессы капиллярной конденсации и капиллярного поднятия, ведущие к появлению в структуре армированного пластика новой фазы, различаются как по интенсивности, так и по абсолютной величине равновесной сорбции, достигаемой материалом. При контакте с жидкой фазой происходит заполнение не только субмикроскопических, но и микроскопических дефектов. Наряду с капиллярными явлениями в стеклопластиках происходит и медленное диффузионное проникновение низкомолекулярного вещества. Однако в отличие от неармированных полимеров этот процесс идет не только с поверхности контакта, но и через стенки капилляров по межфазным дефектам полимерного связующего. Благодаря этому сорбционное равновесие в армированных пластиках устанавливается за менее продолжительное время. Если максимальное водопоглощение химически стойких полиэфирных смол достигается за срок более 3 лет [101], то в случае стеклопластиков равновесная сорбция устанавливается в течение 1,5-2 лет, а иногда и значительно быстрее-в течение 2-3 месяцев. Конкретный механизм влияния среды на служебные свойства (адсорбционное понижение прочности, пластифицирующее действие, деструктирующее действие и т.п.) зависит от природы и количества сорбированной среды. Таким образом, сорбционная активность в значительной степени определяет и химическое сопротивление стеклопластиков и изделий на их основе. [c.109]

Интерес в морфологии полимерных кошозищонных материалов обусловлен значительным влиянием морфологических факторов на фи-зико- ехаяические свойства полимерных материалов. Морфологическое описание такой системы содержит данные о ее фазовом составе, размерах частиц и внутренней структуре, а также распределении или ориентацци элементов гетерогенности в матрице или агрегате. [c.62]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...