книги из ГПНТБ / Кан К.Н. Механическая прочность эпоксидной изоляции

возможным ввести понятие модуля упругости, так как материал обнаруживает ползучесть в течение длительного времени. Од­ нако текущие значения модулей упругости, рассмотренные как отношение напряжения к деформации в данный момент вре­ мени, будут больше модуля равновесной высокоэластичности. Ниже температуры стеклования малые времена релаксации уменьшаются настолько, что перестают сказываться на вели­ чине деформации. В стеклообразном состоянии материала вслед­ ствие крайней ограниченности возможности перемещения частей

В стеклообразном состоянии возможны так называемые вы­ нужденные высокоэластические деформации, если напряжение, необходимое для начала перестройки молекул (предел вынуж­ денной высокоэластичности), будет меньше предела прочности тела [5, 12]. Однако в полимерных заливочных компаундах вынужденные высокоэластические деформации не появляются вследствие малой величины деформации, имеющей место в ре­ альных конструкциях. В связи с этим отпадает необходимость в определении температуры хрупкости, под которой понимают температуру, ниже которой предел вынужденной высокоэластич­ ности становится больше предела прочности, т. е. появление вынужденных высокоэластических деформаций уже невозможно.

Таким образом, релаксационные явления, согласно совре­ менным представлениям, выражены наиболее ярко в переход­ ных областях между стеклообразным и высокоэластическим со­ стояниями, а также между вязкотекучим и высокоэластическим состояниями, и они практически не проявляются, т. ё. не вызы­ вают заметных временных изменений свойств полимера как в полностью развитом высокоэластическом состоянии, так и в стеклообразном состоянии [61] .

Рассмотренное поведение полимеров при разных температу­ рах хорошо подтверждается кривыми ползучести, полученными сотрудниками ЛИАП. В работе В. П. Кузьмина [71] иссле­ дована ползучесть при разных температурах компаунда ЭЗК-31. На рис. 11 приведены некоторые из кривых ползучести, по одной для каждой температуры. Кривые соответствуют разным значе­ ниям напряжений, так как при одинаковых напряжениях мно­ гие кривые накладывались бы одна на другую. С другой сто­ роны, ввиду явно линейной зависимости деформации ползучести от напряжения можно вполне производить сравнение кривых ползучести при разных напряжениях. Кривые ползучести на рис. 11 показывают, что ниже и выше температуры стеклования ползучесть незначительна и довольно быстро затухает. Лишь

вблизи температуры стеклования (кривые 6, 9, 10) компаунд ин­ тенсивно ползет.

уровни напряжении, ниже которых явление ползучести практичести не наблюдается. Так, в компаундах ЭЗЛ-120 и ЭЗК-31

при а < 700 нісм2 и 7"=20° С тензометры не регистрировали деформации ползучести. Данные по ползучести других эпоксид­ ных компаундов также подтверждают, что ползучестью в стек­ лообразном состоянии можно пренебречь.

Для инженерных расчетов можно принять, что у полимерных компаундов имеются два равновесных модуля упругости — один при Т<ТС, второй при Т>ТС. В переходной области можно принять модуль упругости зависящим от температуры и плавно переходящим от модуля упругости компаунда в стеклообразном состоянии к модулю упругости в высокоэластическом состоянии.

рах измерение модуля упругости следует производить в закры­ тых термокамерах с прозрачной дверкой, с дистанционным из­ мерением деформаций, например, тензометром Мартенса. При температурах выше Тс измерение усложняется из-за внедрения

Измерение модуля упругости при температурах выше Тс наиболее просто выполнять с помощью терморелаксометров, снабженных рамками с малым Еи. При отрицательных темпера­ турах измерение затрудняется невозможностью применения обычных тензометров, так как в этом случае стекла криокамеры замерзают. На рис. 16 показан тензометр с индуктивными пре­ образователями, позволяющими записывать показания на само­ писцах. Тензометр не требует визуального наблюдения за образ­ цом, поэтому успешно применяется для измерения модуля упру­ гости при отрицательных температурах.

Рис. 15. Изменение модуля полимерного связующего в зависимости от тем­ пературы [149]

Необходимость в специальной методике и приборах возни­ кает и при определении коэффициента поперечной деформации Пуассона ц. В данном случае измерение усложняется малой ба­ зой, на которой измеряется поперечная деформация.

В качестве образца для определения |л наиболее приемле­ мым является образец с шириной рабочей части 25 мм. Для измерения поперечной деформации может быть использован ме­

остаются постоянными. В табл. 6 приведены значения модуля упругости и коэффициента Пуассона при Т<ТС и Т>ТС.

7. Предел прочности

Одной из наиболее распространенных характеристик проч­ ности конструкционных материалов является так называемый предел прочности, или временное сопротивление 0в, под которьш понимают отношение максимальной нагрузки, выдерживаемой образцом, к начальной площади поперечного сечения образца. Для полимерных материалов определение о в при растяжении регламентировалось ГОСТ 4649—55.

Понятие о пределе прочности связано с представлением о критическом механизме разрушения твердых тел [97] . Со­ гласно этому представлению, разрушение материала вызывается ростом первоначальных микротрещин, происходящим в том слу­ чае, когда перенапряжения у краев трещин достигают значений теоретической прочности; при напряжениях, меньших предела прочности, материал не разрушается.

Однако на практике было обнаружено, что разрушение твер­ дого тела может происходить и при напряжениях, меньших предела прочности. Согласно современным представлениям, раз­ рушение твердого тела является термофлуктуационным процес­ сом, описываемым температурно-временной зависимостью проч­ ности [43] .

В настоящее время для полимерных материалов рекомен­ дуется определять так называемое разрушающее напряжение, под которым понимается напряжение, соответствующее моменту разрушения образца (ГОСТ 14359—69). Это понятие является достаточно широким и пригодно для результатов как кратковре­ менных, так и длительных испытаний. Для случая растяжения

лении образца возникают затруднения с обеспечением его цент­ ровки относительно оси разрывной машины. Зажим образца в захватах машины особенно неудобен при массовых испыта­ ниях в условиях повышенных и пониженных температур. По­ этому была разработана новая форма образцов и кассетная мно­ гоместная форма для их изготовления (рис. 18). Образец имеет круглые головки для установки в захватах. Такая форма го-

ловок не требует зажима образца в захватах машины и обеспе­ чивает самоцентрирование образца при его нагружении. Попе­ речное сечение и длина, рабочей части образца с круглыми го­ ловками такие же, как и у стандартного образца.

Использование образцов с круглыми головками в значитель­ ной мере облегчает технику проведения эксперимента по испы­ танию прочностных свойств эпоксидных компаундов. Испытания, проводимые на стандартном образце и на образце с круглыми головками, дают одинаковые результаты как для среднего зна­ чения измеряемой величины, так и для коэффициента вариации.

Для определения ав(Т) в широком диапазоне температур разработаны методики испытаний при повышенных и понижен­ ных температурах с использованием обычных испытательных машин.

Испытания при повышенных температурах проводятся с по­ мощью специально сконструированной термокамеры, устанавли­ ваемой на любой испытательной машине. Термокамера обеспе­ чивает температуру воздушной среды в зоне образца с точ­ ностью до Г С. Градиент температуры по высоте рабочего объ­

ема составляет не более 0,5° С на 100 мм. Рабочий диапазон испытательных температур 20—160° С. Схема термокаме­ ры представлена на рис. 19.

Для испытаний при пони­ женных температурах образ­ цы вместе с захватами укла­ дываются в теплоизоляцион­ ные рубашки из дерева и пе­ нопласта (рис. 20).

На поверхности рабочей части образца закрепляется спай термопары. После этого комплект образцов в тепло­

изоляционных рубашках помещается в криокамеру и охлаж­ дается до установленной температуры. По достижении установ­ ленной температуры образцы в теплоизоляционных рубашках

°С

-100 т

последовательно извлекаются из криокамеры и подвергаются испытанию на разрывной машине с одновременным контролем температуры образца по термопаре. Теплоизоляционная ру­ башка не вносит погрешности в результаты испытаний, так как не препятствует деформации образца вдоль его продоль­ ной оси. Процесс испытания одного образца обычно длится