Разрушения полимеров

Степень разрушения полимерных материалов зависят, с одной стороны, от строения и свойств высокомолекулярного веществ», с другой - от характера внешних воздействий (температура, состав

39. Тамуж В.П., Куксенко B.C. Микромеханика разрушения полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1978. 294с.

74. Тамуж В. П., Куксенхо В. С. Микромеханика разрушения полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1978. 294 с.

Уржумиев Ю. С., Прогностика деформативности процессов разрушения полимерных материалов, Мех. полим., № 3 (1972).

Литотрофные микроорганизмы принимают прямое участие в образовании полезных ископаемых (самородная сера, селитра, пирит, газ). Эти же микроорганизмы участвуют в разрушении металлоконструкций, стимулируя процессы< перехода в более устойчивое состояние или инициируя процессы коррозии металлов и разрушения полимерных и неорганических материалов, образуя агрессивные среды.

Микроскопические исследования мест разрушения полимерных линзовых прокладок после испытаний на механическую прочность внутренним давлением показало, что характер разрушения не

Процессы механического разрушения полимерных материалов. Процессы, вызывающие разрушение нагруженного полимерного материала, представляют собой процессы разрыва внутримолекулярных химических связей в результате тепловых флуктуации, т. е. процессы термодеструкций полимерных цепей, активированные механическими напряжениями. Для полимерных материалов температурно-временная зависимость прочности определяется кинетикой постепенного флуктуационного разрыва химических связей. По данным Э. Е. Томашевского, энергия активации процесса разрушения полимеров, уменьшающаяся под действием напряжения, соответствует энергии активации термодеструкции; при этом величина Ua в уравнении (4) представляет собой энергию активации процесса термодеструкции Et полимерных цепей в ненапряженном полимере, равную энергии химической связи между атомами в полимерной цепочке (табл. 2).

10. Тамуж В. П., Куксенко В. С. Микромеханика разрушения полимерных материалов. Рига: Зинанте, 1978. 294 с.

74. Тамуж В. П., Куксенхо В. С. Микромеханика разрушения полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1978. 294 с.

Если Пст близко к мере полных повреждений П (в момент разрушения Пст «1), то дополнительные повреждения многоцикловой усталости отсутствуют или незначительны. Однако данные экспериментального исследования [61 ] многоцикловой усталости полимерных материалов ПЭВП, ПТФЭ и ПВХ (табл. 4.4) при R = 0,5 показывают, что расчетная величина Пст

85. Тамуж В, П., Куксенко В. С. Механика разрушения полимерных материалов. Рига.: Зинатне, 1978. 284 с.

Существующие представления о механизме поверхностного разрушения полимеров при трении недостаточно обоснованы и неполны. Как правило, в основу рассмотрения положены не результаты исследования процессов поверхностного разрушения деталей конкретных машин, в которых нормализация процессов трения и изнашивания деталей достигла высокого уровня, а данные лабораторных испытаний, полученные на образцах. Вследствие этого в предлагаемых описаниях поверхностного разрушения преобладают не нормальные процессы трения и изнашивания, присущие сопряжениям машин, а недопустимые явления повреждаемости поверхностей. В то же время необходимо отметить работу по исследованию полимерных материалов в узлах трения машин, выполненную группой ученых, возглавляемой В.А. Белым. Основным результатом этой работы является установление ведущей роли физико-химических процессов, сопровождающихся образованием и разрушением фрикционных связей в металлополимерных трибосистемах [5]. Установлено, что адгезионное взаимодействие и формирование пленок фрикционного переноса являются важнейшими моментами в механизмах трения и изнашивания металлополимерных трибосопряжсний. При сближении молекул на расстояние менее 100 им происходит межмолекулярное взаимодействие. Для пары металл—полимер такое взаимодействие может быть обусловлено ван-дер-ваальсовыми силами воз-

Полимерные материалы, испытанные под навесом и подземных помещениях, подвергаются изменению в значительно меньшей степени, чем в открытой атмосфере. Основным фактором разрушения полимеров является солнечная радиация, вызывающая фотохимические реакции. Переменное смачивание морской водой ускоряет разрушение полимеров.

Процессы механического разрушения полимерных материалов. Процессы, вызывающие разрушение нагруженного полимерного материала, представляют собой процессы разрыва внутримолекулярных химических связей в результате тепловых флуктуации, т. е. процессы термодеструкций полимерных цепей, активированные механическими напряжениями. Для полимерных материалов температурно-временная зависимость прочности определяется кинетикой постепенного флуктуационного разрыва химических связей. По данным Э. Е. Томашевского, энергия активации процесса разрушения полимеров, уменьшающаяся под действием напряжения, соответствует энергии активации термодеструкции; при этом величина Ua в уравнении (4) представляет собой энергию активации процесса термодеструкции Et полимерных цепей в ненапряженном полимере, равную энергии химической связи между атомами в полимерной цепочке (табл. 2).

Вопросам микро- и макромеханики деформирования и разрушения полимеров посвящено большое число работ, например, [1, 15, 16,43,44,52,74,77,85,90, 91, 96]. Основой структуры полимеров являются относительно длинные (до сотых, а иногда даже десятых долей миллиметра) цепные молекулы, построенные чередованием сотен и тысяч однотипных или разнотипных звеньев-мономеров, между которыми существуют прочные химические (ковалентные) связи. Значительная группа так называемых «термопластических» полимерных материалов (к ним относятся, например, полиэтилен высокого давления, политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиамиды, полистиролы, полиметилметакри-лат) имеет линейное строение, при котором между соседними цепными молекулами нет поперечных химических связей и возникают лишь относительно слабые силы межмолекулярного взаимодейст-

Рис. 6-9. Диаграмма для определения скорости разрушения полимеров при нелинейной зависимости теплового потока от вдува.

Одной из причин необратимого разрушения полимеров при сдвиге, которое происходит в гидравлических системах, является, по-видимому, кавитация — чрезвычайно быстрое образование и исчезновение пустот внутри жидкости. Причинами кавитации могут быть поглощение звукового излучения или звуковой энергии, турбулентное течение или резкие перепады давления. Разрушение пустот приводит к возникновению высоких давлений и сдвигающих усилий, которые могут механически разрушать молекулы полимеров. Перемалывание полимеров между движущимися деталями также вызывает необратимую потерю вязкости.

а — вязкие аморфные и кристаллические термопласты; А, В, С — точки разрушения полимеров с различными относительными молекулярными массами (МА < МВ < Мс); б — хрупкие термопласты и реактопласты; вязкие термопласты с ориентированной структурой по направлению воздействия; заштрихованная область — допустимые

Существующие представления о механизме поверхностного разрушения полимеров при трении недостаточно обоснованы и неполны. Как правило, в основу рассмотрения положены не результаты исследования процессов поверхностного разрушения деталей конкретных машин, в которых нормализация процессов трения и изнашивания деталей достигла высокого уровня, а данные лабораторных испытаний, полученные на образцах. Вследствие этого в предлагаемых описаниях поверхностного разрушения преобладают не нормальные процессы трения и изнашивания, присущие сопряжениям машин, а недопустимые явления повреждаемости поверхностей. В то же время необходимо отметить работу по исследованию полимерных материалов в узлах трения машин, выполненную группой ученых, возглавляемой В.А. Белым. Основным результатом этой работы является установление ведущей роли физико-химических процессов, сопровождающихся образованием и разрушением фрикционных связей в металлополимерных трибосистемах [5]. Установлено, что адгезионное взаимодействие и формирование пленок фрикционного переноса являются важнейшими моментами в механизмах трения и изнашивания металлополимерных трибосопряжений. При сближении молекул на расстояние менее 100 нм происходит межмолекулярное взаимодействие. Для пары металл—полимер такое взаимодействие может быть обусловлено ван-дер-ваальсовыми силами возникающего двойного электрического слоя-Анализируя роль переноса полимеров в механизме изнашивания, авторы работы [44] отмечают, что поиск универсальных зависимостей, определяющих перенос, весьма затруднен, так как для каждой пары трения существует оптимальное соотношение нагрузки, скорости и тем-

кулярной массы аналогично тому, как это наблюдается для аморфных полимеров [44, 48, 53, 54]. Однако эта зависимость выражена менее резко, поскольку кристаллические области действуют аналогично зацеплениям. Зависимость деформационно-прочностных свойств кристаллических полимеров от молекулярной массы еще более усложняется уменьшением степени кристалличности при увеличении молекулярной массы [54]. Поэтому при Т > Тс с ростом молекулярной массы возрастает работа разрушения полимеров. С другой стороны, короткие полимерные цепи преимущественно выделяются на границах между сферолитами, уменьшая количество «проходных» цепей, повышая хрупкость и понижая прочность полимеров [55]. Морфология кристаллов и количество сферолитов также может измениться с изменением молекулярной массы. Таким образом, прочностные свойства кристаллических полимеров зависят как от молекулярной массы, так и от степени кристалличности, которая в свою очередь зависит от молекулярной массы.

Литературных данных о выносливости полимерных материалов немного. Следует отметить работы по материалам на основе полистирола [32, 33], поливинилхлориду [41, 50], полиэтилену [29], полиметилметакрилату [29, 33, 38, 41 ], полиамидам [29, 40, 41, 46], эластомерам [37, 43], политетрафторэтилену [45], поликарбонату [41], отвержденным эпоксидным смолам [35, 42]. Теория усталостного разрушения полимеров и относящиеся к этому вопросу экспериментальные данные рассмотрены в обзорах [39, 49].

Имеются данные о влиянии физико-химических параметров среды на кинетику разрушения полимеров. В качестве таких параметров изучались смачиваемость и поверхностное натяжение, способность жидкости к плёнкообра-зованшо, вязкость, мольный объём, молекулярная поляризуемость и др.

Распространение трещин в полимерных материалах описывается чаще всего достаточно простыми моделями движения трещины в вязкоупругих средах. Как ни парадоксально, по эта простота объясняется сложностью и малоизученпостью механизмов деформирования и разрушения полимеров в зоне высокой концентрации напряжений вблизи вершины макротрещипы.