Разрушение полимеров
Предел прочности
полимерных материалов невелик по сравнению с прочностью металлов и
керамик. Как правило, термореактивные полимеры (в которых имеется густая
сетка поперечных связей) разрушаются хрупко. Проще говоря, процесс
разрушения происходит таким образом, что трещина образуется в области, в
которой имеет место концентрация напряжений (т.е. царапины, надрезы и
полости). Как и в случае металлов, напряжения возрастают в вершине
трещины, что приводит к ее распространению и, в конечном счете, к
разрушению. При этом в момент разрушения образца ковалентные связи в
сетке или в структуре поперечных сшивок разрываются.
Разрушение
термопластичных полимеров возможно как по пластичному, так и по хрупкому
механизму, причем для многих полимеров может наблюдаться переход от
пластичного к хрупкому разрушению. Хрупкому разрушению способствуют
такие факторы как понижение температуры и увеличение скорости
деформации, а также наличие острых надрезов, увеличение толщины образца и
любая модификация химической структуры полимера, которая приводит к
увеличению температуры стеклования (Tg). Стеклообразные полимеры
разрушаются хрупко при температуре ниже температуры стеклования. Однако
при повышении температуры в области перехода через температуру
стеклования они становятся пластичными, и до момента разрушения
деформируются с развитием пластических деформаций.
Еще одним
эффектом, часто наблюдаемым до момента разрушения термопластичных
полимеров, является крейзинг. Он возникает в областях с локализованным
развитием пластических деформаций, которые приводят к образованию
множества соединяющихся между собой микропор. Между микропорами
образуются фибриллярные мостики, а макромолекулярные цепи
переориентируются.
Если действующие напряжения достаточно велики, то
мостики растягиваются и разрушаются, что приводит к росту и слиянию
микропор. Как следствие этого, начинает образовываться трещина.
Крейз
отличается от трещины тем, что он может нести нагрузку, действующую в
поперечном направлении. Кроме того, процесс роста крейзов до образования
трещины связан с поглощением энергии, что существенно увеличивает
вязкость разрушения материала. В стеклообразных материалах развитие
трещины лишь в малой степени сопровождается образованием микротрещин,
что и является причиной низких значений вязкости разрушения. Крейзы
образуются в областях, в которых действуют высокие напряжения из‐за
наличия царапин или микропустот, а также гетерогенности молекулярных
структур. Кроме того, они растут перпендикулярно направлению действия
растягивающих напряжений. Типичный масштаб размеров крейзов — 5 мкм или
даже меньше.
Общие принципы механики разрушения применимы также к
хрупкому и квазихрупкому разрушению полимеров, а сопротивление этих
материалов к разрушению при образовании трещин может быть выражено
величиной вязкости разрушения при плоскостной деформации. Значения KIc
зависят от характеристик полимера — его молекулярного веса, степени
кристалличности, а также от температуры, скорости деформации и природы
окружающей среды.
Из статьи - http://plastinfo.ru/information/articles/370/?lt=203