Структурные диаграммы полимеров

§ 10. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ И ПЛАСТМАСС

Структурные диаграммы полимеров

Полимер состоит из разнородных элементарных частиц, обладающих различными пределами прочности, длительной прочности и модулями упругости. При загружении с достаточно большой скоростью каждая частица в начальный момент воспринимает некоторую долю внешней нагрузки. При фиксированном значении нагрузки предел длительной прочности одних частиц оказывается превзойденным, других — нет. Первая группа частиц будет течь и разгружаться, вторая!— загружаться дополнительно. В процессе ползучести все частицы деформируются совместно, но характер деформации их различен: у одних — это уже вязкие деформации, у других — еще упругие. Происходит процесс перераспределения напряжений между отдельными компонентами полимера.

Как уже отмечалось, недостатком полимеров является их неограниченная ползучесть. Поэтому стремятся комбинировать полимер с упругим волокнистым наполнителем так, чтобы обеспечить совместность их работы под нагрузкой во всем объеме материала. Этим из-бегают неограниченной ползучести пластмасс, сохраняя в то же время достаточную пластичность.

В дереве сама природа позаботилась об этом, создав композиционный материал, в котором сочетаются вязкий компонент — лигнин и кристаллический наполнитель — мицеллы (см. рис. 10).

Механизм ползучести пластмасс можно представить структурной диаграммой (рис. 19). По оси абсцисс откладываются площади поперечного сечения элемента, по оси ординат — напряжения. Рассмотрим простейшую модель пластмассы, состоящую только из двух компонентов: из вязких частиц с модулем Е2, У которых длительная прочность равна нулю, и упругих с модулем Е1 у которых длительная прочность совпадает с пределом прочности σпч. Полная площадь поперечного сечения F элемента изображается отрезком OD1 и состоит из вязкого компонента площадью ОС1 = mF и упругого компонента площадью C1D1 = (1 —т) F.

При приложении фиксированной нагрузки при условии совместности деформаций компонентов в элементе развиваются напряжения σ0, изображенные на графике прямой АВ (рис. 19, а). Одновременно начинается процесс ползучести, сопровождающийся перераспределением нагрузки между компонентами, причем доля загружения вязкого компонента уменьшается, а упругого увеличивается (рис. 19, б). Процесс ползучести затухает вплоть до момента, когда вязкий компонент полностью перестает воспринимать внешнюю нагрузку. В упругом компоненте напряжения, изображенные прямой А2В2, еще не достигли предела прочности, изображенного отрезком CD (рис. 19, в). При этом начальные напряжения σ

0 возрастают до а в упругом компоненте, а деформация элемента в целом увеличивается с ε0

до ε. Очевидно, что если начальный уровень загружения повысить так, чтобы конечное значение напряжений сделалось равным пределу прочности упругого (σ = σпч) компонента, то будет достигнута длительная прочность материала в целом (σ0 = σдл). При этом ползучесть из затухающей превращается в нарастающую и по истечении какого-то времени материал разрушается.

В случае загружения в пределах длительной прочности после окончания процесса ползучести имеем (рис. 19, г)

Структурные диаграммы позволяют установить для конструкционных пластмасс такие важные структурные критерии, как коэффициенты длительной прочности и деформативности (они могут быть равны и неравны друг другу), которые используются при нахождении расчетных механических характеристик материалов.

Рис. 19. Структурная диаграмма полимера

содержание .. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ..