Механизм разрушения полимеров
В своей термофлуктуационной теории прочности Журков не придавал большого значения дефектам при литье пластмасс и трещинам в исследуемом изделие из пластмассы. Вместе с тем огромная роль трещин в снижении прочности при литье и долговечности полимеров доказана и не вызывает сомнения. Современные теоретические представления о прочности твердых тел учитывают как термофлуктуационный механизм разрушения связей, так и роль трещин во время литья.
Исследования зарождения и роста трещин при помощи микроскопии показали следующую картину. При приложении нагрузки имеющиеся в изделие из пластмассы трещины начинают постепенно расти, одновременно возникают новые трещины. Далее происходит как рост старых трещин, так и появление новых. Поэтому в детали из пластика имеются трещины самых разных размеров. При достижении трещинами довольно больших размеров новые трещины в образце практически перестают зарождаться. Дальнейший рост трещин приводит к разрушению изделию из пластмассы.
В разрушении образца можно выделить три стадии:
1 - зарождение и рост первичных трещин при литье пластмассы;
2 - стабильный рост трещин;
3 - катастрофическое прорастание трещин через весь объем, ведущий к разрушению.
Новые трещины зарождаются в результате разрушения химических связей под действием флуктуации тепловой энергии при литье. Зарождению трещин способствуют всевозможные дефекты в изделие из пластмассы. В местах дефектов механическая нагрузка распределена неравномерно, поэтому создаются механические перенапряжения. Перенапряжения снижают активационный барьер деструкции связей, и последние легче разрушаются. Кроме того, трудно получить бездефектный образец из пластика в исходном образце уже имеются дефекты и микротрещины. Под действием нагрузки имеющиеся и возникающие в образце трещины растут. Как уже отмечалось, механическая нагрузка в вершине трещины многократно превышает среднее ее значение в изделие из пластмассы. Чем больше размер трещины, тем выше нагрузка в ее вершине. Следовательно, в вершинах трещин энергия активации разрыва химической связи наиболее низка и там наиболее вероятно ее разрушение под действием тепловой энергии при литье пластмасс. Потому при наличии в детали из пластмассы больших трещин новые трещины практически перестают появляться. По мере роста трещины нагрузка в ее вершине растет. Как только трещина достигает такого размера, при котором энергия активации разрыва химической связи будет равна средней кинетической энергии атомов, то начнется быстрое прорастание этой трещины через весь образец с его разрушением.
Такой механизм разрушения на качественном уровне объясняет все известные в настоящее время закономерности разрушения полимеров.
12-09-2022
03-03-2021
02-03-2021
17-02-2021
06-04-2020