51. Долговечность и динамическая усталость полимеров

При очень высоких напряжениях разрушение может происходить мгновенно. При одновременном повышении T и σ вероятность разрыва увеличивается. Поэтому обычно различают кратковременную и длительную прочность.

Кратковременную прочность определяют при нагрузке, приближающейся к разрушающей, а длительную — при нагрузках, намного меньших разрушающих. Длительную прочность также называют долговечностью или статической усталостью, которую оценивают временем до разрушения. Разрушающее напряжение, т. е. кратковременную прочность, также можно рассчитать по уравнению

k – коэффициент перенапряжения -структурный коэффициент

А – работа приложенных внешних сил -потенциальный барьер -растягивающее напряжение

Разрушение полимеров под действием, циклических деформаций происходит в результате динамической усталости или утомления. Динамическая усталость — это снижение прочности под влиянием многократных периодических нагрузок. Динамическая усталость характеризуется временем до разрушения или числом циклов до разрушения. Напряжение, котором происходит разрушение после действия числа циклов, наз усталостной прочностью.

Разрушение полимеров при многократном циклическом нагружении определяется теми же факторами, что и при статических режимах. При динамическом нагружении, так же как и при статическом, определяющим является напряжение и разрушение обусловлено термофлуктуационным распадом связей, наличием дефектов и релаксационными процессами.

При периодических нагрузках за время деформации перенапряжения в полимере не успевают отрелаксировать и накапливаются с каждым циклом. С ростом частоты деформации гистерезисные потери возрастают и достигают максимума. Эти потери, оказывают одновременно и положительное влияние на долговечность, и отрицательное вследствие выделения тепла.

Динамическая усталость является сложной характеристикой и определяется кратковременной прочностью, релаксационными гистерезисными потерями, стойкостью к окислению, зависит от .амплитуды и частоты деформации.

52. Теплофизические свойства полимеров

Тепловые явления сопровождают фазовые переходы, деформирование и разрушение полимеров. Основным источником тепловых эффектов являются разрывы макромолекул, пластические деформации, заторможенность конформационных превращений под влиянием нагрузки и др. Теплофизические свойства полимеров, возникающее в полимере, специфичны из-за особенностей строения макромолекул: большая длина, гибкость, локальная анизотропия силового поля, обусловленная резким различием сил, действующих внутри макромолекулы (химические связи) и между молекулами (физические связи). К теплофизическ свойствам относят:

- теплоемкость,- тепло- и температуропроводность,

- изменение размеров при изменении температуры.

Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для нагревания тела на 1 К. Различают удельную и мольную теплоемкости. Удельная теплоемкость — количество тепла, необх для нагревания на 1 К единицы массы [Дж/(кг*К)], мольная — количество тепла, необх для нагревания на 1 К одного моля вещества.

Теплопроводностью называют процесс переноса тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температур. Теплопроводность зависит от температуры, физического и фазового состояния и структуры полимера. В отличие от теплопроводности металлов, в которых перенос тепла осуществляется электронами, теплопроводность полимеров, определяется решеточными колебаниями сетки полимера.

Температуропроводность характеризует скорость изменения температуры в материале под действием теплового потока в нестационарных температурных условиях.Поскольку теплоемкость и теплопроводность зависят от структуры полимера, то и температуропроводность также зависит от молекулярной массы, конфигурации, химнческого строения звена полимера, наличия наполнителя.

Тепловое расширение. В равновесном состоянии твердые тела занимают объем, соответствующий минимуму свободной энергии. При повышении температуры увеличивается амплитуда колебаний атомов, их среднее смешение от положения равновесия. Вследствие этого твердое тело будет изменять свои размеры до тех пор, пока его объем не станет таким, что ему будет соответствовать минимум потенциальной энергии. Количественной характеристикой теплового расширения полимеров служат термические коэффициенты объемного и линейного расширения