Вплив тривалості навантаження на міцність

Міцність полімерних матеріалів в значній мірі залежить від тривалості перебування в напруженому стані. Характеристики міцності зразків, розірваних за короткий час, виявляються вищими, ніж для тих самих зразків, розірваних повільно. Явище залежності міцності від часу одержало назву статичної втоми.

В межах досліджуваних інтервалів часу експериментальні данні про тривкість матеріалів під постійним навантаженням описується залежністю

де τр-тривкість зразка (час від моменту прикладення сили до моменту розриву зразка);

А, α-константи;

σ-діюче в зразку напруження.

Більш загальне рівняння тривкості (рівняння С.М.Журкова) має вигляд

де U0- енергія активації руйнування у відсутності напруження;

τ0 - тривалість одного теплового коливання атомів (10-12-10-13 с);

Т - температура;

R – універсальна газова константа; - структурний параметр;

Залежність міцності полімерів від тривалості навантаження обумовлює вплив швидкості розтягу на міцність вказаних матеріалів. Встановлено, що з достатньо високим ступенем точності виконується залежність такого вигляду:

,

 

де - руйнуюче напруження; V – швидкість розтягу; a, n –константи.

Експериментально встановлено, що із збільшенням швидкості деформування або швидкості навантаження зразка з в’язкопружного матеріалу, крива розтягу розташовується вище, тобто при підвищенні швидкості розтягу матеріал збільшує жорсткість (рис.2).

Рис. 2. вплив швидкості деформування на діаграми розтягу зразка вязкопружного матеріалу

Температурні залежності характеристик міцності в робочих інтервалах температур як правило монотонні й можуть бути описаними таким виразом:

,

де: s₀ і U – константи.

Властивості полімерів залежать від хімічної будови і характеристик макромолекул (молекулярна маса, гнучкість ланцюгів, наявність розгалуження і зшивок, регулярність будови та інше), а також від надмолекулярної структури полімерів. Молекулярна маса полімерів
істотно впливає на температуру крихкості, температуру скловання та текучість полімерів. Збільшення молекулярної маси полімерів розширює

температурну область високоеластичного і вимушеноеластичного стану внаслідок зниження їх температурної крихкості і збільшення температури плавлення.

Властивості полімерів залежать від кінетичної гнучкості макромолекули. Остання обумовлюється не тільки їх хімічною будовою, але й істотно залежить від температури. З підвищенням температури знижується модуль пружності, руйнуюче напруження і границя текучості, а відносне видовження зростає (див. рис. 1).

Гнучкість макромолекул залежить і від щільності упаковки макромолекул. Щільність упаковки аморфних полімерів в значний мірі залежить від ступеню розгалуження макромолекул, а для кристалічних полімерів в основному визначається ступенем кристалічності. Зменшення останнього сприяє прояву вимушеної еластичності. Деформаційні властивості кристалічних полімерів залежать також від впливу структури кристалічних утворень. Зменшення розмірів надмолекулярних кристалічних утворень в полімері полегшує процес вимушеної еластичності.

Таким чином, міцність і деформаційні властивості одного і того ж полімеру залежать від цілого ряду факторів: передісторії, температури випробування, швидкості прикладення деформації, тривалості впливу навантаження та інше. Умови виготовлення зразків, їх кондиціювання та проведення експерименту обумовлюються стандартами на даний полімер або на даний вид дослідів.

Велике число факторів, які впливають на експлуатаційні властивості полімерів, а також недосконалість вимірювальної техніки викликає природний розкид результатів вимірювань. Тому на практиці досліди

проводять декілька разів і за кінцевий результат приймають середнє арифметичне значення показника, що визначається.