Долговечность полимеров

Полимеры при длительном воздействии нагрузки разрушаются при напряжении, значительно меньшем, чем предел прочности при постепенном нагружении материала. Это означает, что сопротивление разрыву зависит от продолжительности действия нагрузки. Временная зависимость прочности – статическая усталость материала. Основная характеристика – долговечность t – время от момента приложения нагрузки до момента разрыва материала. Это фундаментальная характеристика прочностных свойств материалов. Систематическое исследование долговечности полимеров (пластомеров) проведено С.Н. Журковым. Им установлено, что зависимость долговечности полимеров от разрушающего напряжения может быть описана уравнением:

. (4.18)

В координатах ln τ – σ график имеет линейный вид. Причём чем ниже температура, тем больше тангенс угла наклона прямой. На основании экспериментальных данных для многих материалов Журков вывел уравнение, связывающее разрушающее напряжение, долговечность полимера, находящегося под нагрузкой, и абсолютную температуру Т:

, (4.19)

где U₀, g, t₀ – параметры, определяющие прочностные свойства полимерного материала.

Долговечность одинаковым образом зависит от температуры Т и приложенного напряжения s.

Флуктуации тепловой (внутренней) энергии концентрируют избыток энергии на некоторых связях молекулы, и они разрушаются.

Приложенное напряжение направляет флуктуации энергии и снижает энергию активации разрыва связи DU. Произведение s×g − величина энергии, на которую снижается потенциальный барьер разрыва связи под действием напряжения s.

Структурный коэффициент g как бы определяет эффективность действия напряжения. Чем больше микронеоднородностей в полимере, играющих роль концентраторов напряжения, тем больше g, тем эффективнее напряжение.

U₀ – энергия активации разрушения ненапряжённого полимера. Она должна быть близка к Е_акт – термодеструкции полимера (см. табл. 4.4).

Таблица 4.4

Значения U₀ и Е_акт для некоторых полимеров