М о д у л ь 3. Д Е Й С Т В И Е А Г Р Е С С И В Н Ы Х С Р Е Д Н А
Н А П Р Я Ж Ё Н Н Ы Е П О Л И М Е Р Н Ы Е М А Т Е Р И А Л Ы
Комплексная цель модуля – подробное рассмотрение поведения полимерных материалов в условиях одновременного действия агрессивной среды и механической нагрузки, приводящих к различным механо-химическим изменениям, которые и определяют стойкость материала в различных условиях.
Особенности поведения полимерных материалов под нагрузкой
До сих пор мы рассматривали поведение полимерных материалов, считая, что на них действует только агрессивная среда, В реальных условиях практически всегда на материал одновременно с агрессивной средой действуют и различные механические нагрузки. Химическое сопротивления материала при этом меняется. Слабое механическое поле может влиять только на вероятностную сторону процесса разрушения. Например, при слабом растягивающем усилии возрастает вероятность разрушения именно в этом направлении.
При более жестком воздействии происходит значительная активация химических связей, снижающая сопротивление материала агрессивному воздействию. Наконец, при значительных механических нагрузках может произойти разрыв химических связей в полимерном материале.
Изменения, происходящие в полимерных материалах при одновременном действии механической нагрузки и агрессивной среды, называют механо-химическими. В этом случае только два крайних варианта не относят к механо-химическим:
|
|
|
· если материал так быстро разрушается при механическом воздействии, что прочность химических связей не может повлиять на его поведение,
· если материал быстро растворяется в агрессивной среде, то наличие механического воздействия также неспособно проявиться.
Одновременный учет воздействия механической нагрузки и агрессивной среды – достаточно трудная задача. Поэтому обычно вначале рассматривают изменения, происходящие в материале под действием механической нагрузки, а затем оценивают, как эти изменения повлияют на способность материала взаимодействовать с агрессивной средой.
Полимерные материалы по своим свойствам занимают промежуточное положение между твердыми телами и вязкими жидкостями, поэтому их поведение под нагрузкой имеет некоторые особенности по сравнению с твердыми телами. Эти специфические особенности легко прослеживаются на так называемых диаграммах растяжения.
Диаграммы растяжения
Диаграмма растяжения выражает зависимость возникшего в материале
напряжения σ от деформации ε. При растяжении ε выражается в величине относительного удлинения, то есть ε = Δl / l. Вид диаграммы растяжения в значительной мере определяется природой полимера. Для линейного аморфного полимера получается немонотонная зависимость в координатах σ – ε. При малых растягивающих усилиях гибкие складчатые макромолекулы выпрямляются. Эта зависимость выражается прямой линией, исходящей из начала координат. Напряжения, возникающие в материале, пропорциональны деформации. Это обратимые упругие деформации, подчиняющиеся закону Гука σ = Е∙ε. Точка, ограничивающая этот участок, есть предел упругости материала.
|
|
|
При дальнейшем увеличении растягивающего усилия макромолекулы из-за своей эластичности могут вытягиваться. Деформации, возникающие в материале, тоже обратимые, но закон Гука здесь уже не выполняется, т. к. деформация несколько больше, чем соответствует напряжению. Эта зависимость отклоняется от прямолинейной, т. к. в материале развиваются высокоэластические деформации. Точка, ограничивающая этот участок, есть предел эластичности материала. Дольше с ростом растягивающего усилия выпрямленные эластичные макромолекулы будут ориентироваться вдоль силового поля, то есть течь. Напряжение в материале при этом практически не меняется, а на графической зависимости получаем участок, параллельный оси ε. При этом в материале развиваются деформации вязкого течения. Точка, ограничивающая этот участок, есть предел текучести материала.
|
|
|
При дальнейшем увеличении усилия ориентированные макромолекулы будут сближаться, образуя «шейку». Сближение макромолекул приводит к их возможному взаимодействию, приводящему к некоторому снижению напряжения в материале. В самом тонком месте при некотором значении ε происходит разрыв материала. Точка, ограничивающая этот участок, есть предел прочности материала.
Суммируя всё, можно сказать, что в линейном аморфном полимере от момента нагружения до разрушения развиваются все виды деформаций: обратимые (упругая и высокоэластическая) и необратимая (вязкого течения), приводящие к разрушению материала.
Если взять полимерный материал, имеющий пространственную сетчатую структуру, то его диаграмма растяжения будет отражать наличие только упругих деформаций, то есть материал будет вести себя как упругое твердое тело. Его разрушение будет происходить при малом относительном удлинении и большом значении возникшего напряжения.
Для полимерных материалов, находящихся в высокоэластическом состоянии уже при нормальной температуре, то есть каучуков, диаграмма растяжения обнаруживает наличие только высокоэластической деформации и деформации вязкого течения. Упругих деформаций при растяжении таких материалов не возникает. Они разрушаются при весьма значительных удлинениях и малых значениях напряжений.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 388; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!