Долговечность и диффузионная релаксация полимерных материалов при повышенных гидростатических давлениях

• Автор: Миркин, Матвей Абрамович
• Шифр специальности: 01.04.19
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Феноменологическая теория долговечности

и механической прочности

1Л. Основные понятия и уравнения кинетической теории долговечности

1.2. Зависимость долговечности от температуры

1.3. Моделирование долговечности и механической прочности полимеров с помощью метода аналогий

ГЛАВА 2. Осмотическое давление низкомолеклярных веществ в ПМ

2.1. Концентрированные твердые растворы низкомолекулярных веществ в ПМ

2.2. Давление насыщенных паров воды

2.3. Метод определения осмотического давления низкомолекулярных веществ в полимерах
ГЛАВА 3. Объемная деформация и разрушение ПМ при повышенном гидростатическом давлении
3.1. Взаимосвязь установившейся ползучести и
долговечности ПМ
3.2. Зависимость объемной ползучести ПМ
от температуры
3.3. Зависимость объемной ползучести ПМ
от гидростатического давления
ГЛАВА 4. Долговечность и механическая прочность полимерных материалов при повышенных
гидростатических давлениях
4.1. Механический критерий оценки долговечности ПМ
4.2. Определение долговечности ПМ с помощью
метода аналогий
4.3. Определение времени до разрушения ПМ при
диффузионном воздействии
ГЛАВА 5. Влияние гидростатического давления на релаксационные характеристики полимерных материалов
5.1. Диффузионный метод исследования релаксационных
явлений в ПМ
5.2. Методика расчета времени диффузионной релаксации
5.3. Диффузионная релаксация ПМ
5.4. Результаты экспериментальных исследований объемной деформации полимерных материалов
5.5. Расчет времени до разрушения ПМ, насыщенных
парами воды, при повышенных температурах и давлениях
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Методы и аппаратура для исследования объемной деформации ПМ при повышенных
гидростатических давлениях
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблицы экспериментальных данных
ВВЕДЕНИЕ
Долговечность считается одной из важнейших характеристик твердых тел и поэтому она является предметом интенсивного экспериментального и теоретического исследования. Под долговечностью понимается способность тел длительное время сохранять целостность под действием механических нагрузок. Часто понятие долговечность относят и к сопротивлению деформации твердых тел под нагрузкой. В данной работе будет рассматриваться главным образом вопрос о сопротивлении деформированнию при повышенных гидростатических давлениях и температурах. Вопрос же о прочности на разрыв будет затрагиваться при определении предельных характеристик материалов.
Наиболее интенсивно исследования долговечности и прочности развивались первоначально на основе представлений теории упругости и пластичности, в рамках механики сплошных сред. При этом теория прочности и долговечности базировались на энергетическом критерии разрушения, например, теория Гриффита [1]. В рамках этой теории предполагается, что разрушение идеально упругих тел происходит, если количество упругой энергии, освобождающейся при образовании и росте трещин, является достаточным, чтобы скомпенсировать затраты энергии на образование новой поверхности разрыва. Такой механический подход к проблеме разрушения, его условно называют также статическим [1,2] широко используется в инженерных расчетах и в настоящее время. Им часто пользуются при описании хрупкого разрушения твердых тел. Такой вид разрушения наблюдается при низких температурах или высоких скоростях нагружения.
В настоящее время при рассмотрении деформации твердых тел с учетом атомно-молекулярной структуры все большее значение приобретают физические представления о процессах разрушения. Именно этот подход позволяет осуществлять расчет величины физической прочности твердых тел, основанной на теории сил межатомного и межмолекуляр-ного взаимодействия. Экспериментальные данные о физической прочности различных материалов можно найти в работах [2 — 7]. Эти данные

руется как принцип температурно-временной аналогии (ТВА). Согласно этому принципу температура и время механического воздействия взаимосвязаны и взаимно эквивалентны. Материалы, обладающие такими свойствами, относятся к классу термореологически простых тел.
К ускорению релаксационных процессов, происходящих в полимерных материалах, приводит повышение влажности и другие факторы [49-51]. Среди ускоряющих процесс релаксации факторов и связанных с ними аналогий, можно выделить следующие группы: температурно-временная (где в качестве фактора, ускоряющего процесс водопоглощения, используется температура); влажностно-временная - ВВА (где ускоряющим фактором является градиент давления паров воды и соответствующая ему влажность материала); напряженно-временная - НВА (замедляющий фактор - величина приложенного гидростатического давления).
Метод аналогий позволяет свести задачу описания долговечности и механической прочности полимерных материалов для заданных значений температуры и гидростатического давления к отысканию, на основе предварительных экспериментов, соотвествующих масштабно-временных функций, при нахождении которых эти характеристики материала становятся инвариантными относительно изменения соответствующего фактора. Это позволяет осуществлять длительный прогноз при эксплуатации полимерных материалов.
В ряде работ принцип ТВА представляют под разными названиями: метод температурно-инвариантных характеристик [52], метод редуцированных переменных или метод Вильямса-Ланделла-Ферри (ВЛФ) [53, 54], метод обобщенных кривых или вязко-упругих соответственных состояний [55-59] и т.д.
Выдержка полимеров при повышенном гидростатической давлении сопровождается механической и физико-химической релаксацией, обусловленной подвижностью отдельных групп макромолекул, их сегментов, звеньев разветвлений с одной стороны и диффундирующим веществом с другой [40], в первую очередь от температуры и интенсивности механического воздействия. Изменение этих факторов вызывает закономерное ускорение или замедление релаксационных процессов, что проявляется