1.2.2. Трещиностойкость.

1. Качественные критерии – удельная ударная вязкость:

а) по Изоду без надреза (Izod impact strength, schlagzahigkeit nach Izod), Дж/м по ISO 180/1U; 180:2000;

б) по Изоду с надрезом (Izod notched impact strength, Kerbschlagzahigkeit nach Izod), Дж/м по ISO 180/1A, ASTM D 256

в) по Шарпи без надреза (Charpy impact strength, schlagzahigkeit nach Charpy), кДж/м² по ISO 179/1eU; DIN 53453;

г) по Шарпи с надрезом (Charpy notched impact strength, Kerbschlagzahigkeit nach Charpy), кДж/м² по ISO 179/1eA; а, б, в, г – образцы 80х10х4 мм, определение а_к при 23˚С и -30˚С; в России – по ГОСТ 4647-69.

д) вязкость при ударном растяжении (tensile impact strength, schlagzugzahigkeit), мДж/мм² по ASTM D 1822, ISO 974:2000.

2. Для характеристики ударной вязкости, трещиностойкости, анализа разрушения матриц и ПКМ используют концепции ЛУМР (линейной, упругой механики разрушения).

Критерии ЛУМР γ_F, G_Ic, К_Ic (растяжение трещины за края), G_IIc, К_IIc (передний сдвиг краев трещины в плоскости), G_IIIc, К_IIIc (передний сдвиг краев трещины в антиплоскости) позволяют провести расчет максимальных нагрузок, которые выдерживают конструкции с учетом дефектов и трещин.

γ_F - поверхностная энергия разрушения – минимальное количество энергии, затрачиваемое на образование единицы поверхности трещины, Дж/м².

G_c - энергетический параметр трещинодвижущих сил, интенсивность высвобождения упругой энергии при увеличении дефекта, отнесенная к площади поверхности трещины, Дж/м².

K_c - коэффициент интенсивности напряжений (более удобен для расчетов и проще определяется экспериментально), МПа/м^0,5, МПа/мм^0,5, МН/м^3/2, кгс/м^3/2.

Поля напряжений в окрестности вершины трещины принято делить на 3 основных типа и обозначить цифрами I, II, III.

Основные типы нагружения твердых тел с трещинами

Тип I Тип II Тип III

Нормальный отрыв Поперечный сдвиг Продольный сдвиг

Для характеристики трещиностойкости ПМ и ПКМ (и использования G_c и K_c для расчетов) необходимо получение обобщенных температурно-скоростных зависимостей параметров трещиностойкости (принцип температурно-временной аналогии). Критерии γ_F, G_c, K_c позволяют провести расчет максимальных нагрузок, которые выдержат конструкции с учетом дефектов и трещин, зафиксированными неразрушающими методами контроля.

Определение критериев трещиностойкости ЛУМР проводят по ISO 13586 (Determination of fracture touchness G_Ic, К_Ic) и ISO 15024 (для однонаправленных ПКМ определяют G_Ic и интеграл Райса, mode J).

Для практических целей используют показатели трещиностойкости, характеризующие остаточную прочность ПМ и ПКМ при сжатии после ударной нагрузки (CAI – compression after impact) с энергией 3,3; 4,5; 6,7; 9,0 кДж/м (CAI_3,3, CAI_4,5, CAI_6,7, CAI₉, - стандарт 7260 фирмы Боинг, США) и 265 Дж/м² (стандарт фирм Боинг и Нортроп, США).

1.2.3. Теплостойкость (деформационная устойчивость при нагреве).

Теплостойкость – деформационная устойчивость ПМ, ПКМ, ВПКМ при нагреве характеризуется температурами и нагрузками, при которых полимер в ПМ переходит в эластическое состояние (температура стеклования Т_с, температура плавления Т_пл, температура теплостойкости, НДТ, VST/B), утрачивая деформационную устойчивость из-за снижения модуля упругости на несколько порядков.

Критерии теплостойкости:

1. деформационная теплостойкость (НДТ)

Критерий	Нагрузка, МПа	Обозначение критерия
		США, ФРГ	Россия
а) Heat deflection temperature, HDT, ˚C	1,8	HDT/A	T18,5
по DIN 53461, ISO 75-1:1993 Part 1; -2:1993,	0,45	HDT/B	T4,6
Part 2; -3:1993, Part 3 ASTM D648	8,0	HDT/C	–
Части 1 и 2, образец 30х10х4мм, Теплостойкость при изгибе по ГОСТ 12021-75 (Т18,5; Т4,6; Т50)	5,0	–	T50
б) Vicat softening point, теплостойкость по Вика, ˚C, по ISO 306:1994, ГОСТ 15065-69, образец 10х10х4мм,	50Н	VST/B/5	Tв
в) Теплостойкость по Мартенсу, ˚C	–	–	Tм

2) Классы нагревостойкости (в электротехнике в скобках рабочие температуры, соответствующие классу): Y(90), A(105), E(120), В(130), Г(155), Н(180), С(>180);

Классы нагревостойкости коррелируются с температурным индексом, температурой, при которой срок службы материала равен 2000час(по ГОСТ 10519-76);

3) Температурный индекс. При эксплуатации изделий из полимеров имеют место обратимые и необратимые изменения свойств, определяемые тепло- и термостойкостью полимеров. Использование этого критерия предложено Underwiters Laboratories (UL), который является важнейшим для оценки эксплуатационной теплостойкости.

Температурный индекс UL-RTI по UL 746B— температура сохранения 50% свойств (a_к, _ВИ и др) в течение 100 000 часов (около 11,5 лет). Температурный индекс TI по IEC (VDE 0304) —температура сохранения 50% _ВИ после 20 000 часов (TI аналогичен требованиям ASTM D 038). Аналогичные требования использует стандарт CSA (Canadian Standarts Assosiation) и ГОСТ 10519-76.

Наполнение может существенно повысить деформационную теплостойкость. Так, ненаполненные полиэфирэфиркетон и полиамид ПА 46 имеют HDT/A 160^оС, а с 30% об. углеродных волокон соответственно 310^оС и 280^оС.

Показатели деформационной теплостойкости можно определить, используя:

1. метод свободных крутильных колебаний – определение механических свойств с помощью крутильного маятника (ГОСТ 20812-83, ISO 6721, Part 1-10). Определение Т_с (температуры деформационной устойчивости) по температурным зависимостям динамического модуля сдвига G (относительной жесткости ΔG) и тангенса угла механических потерь (относительного показателя механических потерь Δ);

2. метод TMA (thermomechanical analysis) по ISO 11359, Part 2.