4.8.1.3. Деформация полимеров

Полимеры в высокоэластичном состоянии способны к боль­шим обратимым изменениям формы при небольших нагрузках, так как их макромолекулы способны изгибаться. При этом макромолеку­лы в целом не перемещаются, но их отдельные сегменты (боковые группы) подвижны за счет их вращения в основной цепи вокруг свя­зей. В частности, этим объясняется малая жесткость полимеров и их вязкоупругое поведение под нагрузкой, когда притяжение между мо­лекулами преодолевается действием приложенных сил.

Для кристаллических полимеров (полиэтилен, полиамиды и др.) зависимость степени деформации от напряжения выражается ли­нией, состоящей из трех участков (рис. 4.20).

Рис. 4.20. Зависимость удлинения образца кристаллического полимера от усилия деформации

Первоначально (участок I) удлинение прямо пропорционально усилию. По достижении некоторого усилия (точка А) удлинение по­лимера увеличивается при неизменном усилии (участок II). Это вы­звано резким местным сужением образца, образованием «шейки», распространяющейся на всю его длину. Затем наблюдается растяже­ние тонкого, но ориентированного образца вплоть до разрыва (уча­сток III).

Деформация полимеров зависит также от скорости нагружения и температуры. При Т < Т_ст деформационные кривые кристаллических и стеклообразных полимеров подобны.

Полимеры с кристаллическим и стеклообразным строением могут быть ориентированы термомеханическим воздействием. При медленном растяжении таких полимеров, находящихся в высокоэластичном или вязкотекучем состояниях (Т > Т_ст), макромолекулы и элементы надмолекулярных структур могут ориентироваться в силовом поле, приобретая упорядоченную структуру (текстуру). Различают одно-(волокна) и многоосную (пленки) ориентации.

В процессе ориентации возрастает межмолекулярное взаимо­действие, что приводит к повышению Т_ст, снижению Т_р и особенно к повышению (в 2...5 раз в направлении ориентации) прочности при сохранении достаточной упругости. Свойства материала получаются анизотропными.

4.8.1.4. Деформация аморфных сплавов

Поведение аморфных сплавов при деформации, как и кристал­лических материалов, зависит от процессов, протекающих на микроуровне. Однако отсутствие дальнего порядка исключает протекание пластической деформации путем движения дислокаций, так как в структуре аморфных сплавов отсутствуют кристаллографические плоскости скольжения. В связи с этим для описания механизмов скольжения эффективны модели аморфных сплавов, предполагающие их поликластерное строение. В соответствии с этими моделями аморфные твердые тела образованы кластерами, имеющими произ­вольную форму и случайную упаковку, но сохраняющими достаточно большую общность.

Предполагается, что границы кластеров обладают тем же атомным строением, что и слои скольжения в кристаллических веще­ствах. Однако в силу случайной упаковки кластеров и их произволь­ной формы сквозная межкластерная граница отсутствует. Поэтому скольжение путем движения дислокаций происходит не гомогенно, а вдоль тех участков кластерных границ, где касательные напряжения достигают критического уровня (при этом разрывы происходят в местах концентрации, нормальных к границе растягивающих напря­жений).

Негомогенная пластическая деформация аморфных сплавов сопровождается микроразрушениями (при гомогенной деформации весь образец деформируется пластически). Структура полосы скольжения в этом случае имеет вид, представленный на рис. 4.21, где жир­ными линиями выделены края этой полосы, а межкластерные участки заштрихованы.

Рис. 4.21. Структура полосы негомогенного скольжения на начальной (а) и конечной (б) стадиях пластической деформации аморфных сплавов

Основными параметрами пластического течения аморфного сплава являются скорость движения полосы скольжения и предел текучести. На микроуровне прочность аморфных сплавов, как и в случае кристаллических тел, определяется модулями упругости.