Глава 7

Деформационная долговечность при ползучести оценивается дол­говечностью формы ( [82], которая обычно связана с началом области III на кривой ползучести:

ф

Ь»А'«р

_Г*-/°

_#Г

\

^(7.14)

где Л — постоянная материала; Я'₀ — энергия активации процесса пол­зучести; "/ — коэффициент интенсивности напряжений.

Систематическое изучение поведения различных по структуре и свойствам пластмасс при длительном нагружении позволило получить обобщенную формулу определения долговечности т, получившую на­звание «уравнение Журкова» [29,82,100]:

г

\

^т=т0ехр

_КТ

^(7.15)

гдет₀— предэкспоненциальныи множитель, имеющий размерность вре­мени и характеризующий скорость тепловых колебаний атомов; 11₀ — энергия активации процесса разрушения, примерно соответствующая энергии активации разрыва связей при термодеструкции; у — коэффи­циент снижения энергии активации разрыва химических связей при действии приложенного напряжения.

Численные значения параметров уравнений (7.14) и (7.15) для не­которых полимеров приведены в табл. 7.3 [82,99].

Таблица 7.3

Параметры уравнений (7.14) и (7.15) при растяжении некоторых

^{полимеров}

Полимер	Ц» | *"о			У		V'		то		А
	к кал/моль			ккалмм2/(молькгс)				с
Полипропилен	56	—	0,64				ю-13		—
Поливииилхлорид	35	185	0,75		14		10-13		10-'3
Полистирол	55	188	5,0		48		10-'3		10-2
Полиметилметакрилат	57	150	2,6		20,2		10-'3		105
Полиамид 6	45	—	1,23		—		10"13		-
Поликарбонат	- | 315			—		31		10-'3		- 1

Анализ уравнения (7.14) показывает, что деформационная долговеч­ность при ползучести пластмассы конкретной марки главным образом зависит от напряжения а и температуры Г. Чем больше значения а и Г, тем меньше долговечность формы I .

Конструирование тары из пластмасс ___^_ 215

Физическая сущность понятия деформационной долговечности тес­но связана с представлениями о размягчении полимерных материалов. В любом режиме механического и температурного воздействия поли­мер теряет свою форму, то есть размягчается через определенный про­межуток времени [5]. В зависимости от режимов этого воздействия тем­пература размягчения может принимать разные значения. В частном слу­чае — нагреве полимера в отсутствие механических напряжений — тем­пература размягчения соответствует температуре стеклования Т, разде­ляющей области стеклообразного и высокоэластического состояний.

Количественную оценку стойкости полимеров к размягчению принято выражать теплостойкостью. Теплостойкость характеризует способность полимера сохранять свои механические свойства при непрерывном повы­шении температуры. Численно она выражается значением температуры, при которой под действием заданной нагрузки деформация достигает оп­ределенного значения. Наиболее распространенные методы определения теплостойкости по Мартенсу (Г_м), по А5ТМ и по Вика (Г_в).

Метод определения теплостойкости по Мартенсу применяют для наиболее жестких и теплостойких материалов. Он заключается в уста­новлении температуры, при которой свободный конец образца длиной 120 мм, шириной 15 мм и толщиной 10 мм переместится на 6 мм в усло­виях консольного изгиба при напряжении около 5 МПа.

Для определения теплостойкости по А5ТМ аналогичные образцы помещают на две опоры, расположенные друг от друга на расстоянии 100 мм, и посередине прикладывают изгибающую нагрузку. Ее вы­бирают в зависимости от структуры и морфологии полимера из рас­чета обеспечения четырех значений изгибающих напряжений: 0,45; 1,81; 4,9; 7,4 МПа. Температуру, при которой происходит прогиб об­разца на 0,33 мм, считают температурой размягчения при изгибе.

Метод определения теплостойкости по Вика основан на установле­нии температуры, при которой цилиндрический индентор сечением 1 мм² или полусферический индентор с диаметром сферического сегаента 1,13мм под действием нагрузки 1 кгс или 5 кгс вдавится в образец на глубину 1 мм. Этот метод не применим для пластмасс, содержащих более 30% наполнителей, и для армированных композиционных материалов.

Значения теплостойкости основных применяемых в производстве тары полимеров приведены в табл. 7.2.

Таким образом, работоспособность материала тары на всех этапах ее жизненного цикла характеризуют следующие критерии конструкци­онной прочности пластмасс;

1) предел вынужденной эластичности а_в, который при заданном за­пасе прочности определяет допустимые рабочие напряжения, массу и размеры тары;

₂₁₆