4. Факторы, влияющие на прочность образца

Повышенные напряжения вблизи очага разрушения приводят к ориентации макромолекул и изменению структуры в месте разрыва. Если скорость ориентации превышает скорость роста трещин, трещина приостанавливает свой рост (чем выше упорядоченность, тем большее число макромолекул согласованно сопротивляется разрыву). Поэтому главным фактором, влияющим на повышение сопротивления образца разрушению, является ориентация макромолекул. Для повышения прочности полимер часто подвергают ориентации. Она всегда приводит к увеличению прочности в направлении ориентации и к снижению ее в поперечном направлении. Для уменьшения анизотропии полимер (листы, пленки) ориентируют в двух перпендикулярных направлениях. На прочность также влияют:

1. молекулярная масса – с ростом молекулярной массы ( до 50 000 – 100 000) прочность увеличивается до определенного предела, соответствующего формированию надмолекулярной структуры (флуктуационная сетка, поглощающая энергию при деформации в момент роста трещины), после чего далее меняется незначительно;

2. полярность полимера – увеличение межмолекулярного взаимодействия приводит к росту прочности;

3. надмолекулярная структура – увеличение размеров кристаллических образований при постоянной общей степени кристалличности снижает прочность; увеличение степени кристалличности приводит к росту прочности;

4. частота пространственной сетки – зависимость с экстремумом (максимумом) в точке оптимального значения частоты сшивки: выше этого значения ограничивается подвижность молекулярных цепей, снижается их способность к ориентации при растяжении, увеличивается дефектность пространственной сетки в целом;

5. температура и скорость деформации – с ростом скорости деформации или при понижении температуры прочность увеличивается, а разрывное удлинение проходит через максимум (при Т > T_хр).

5. Кинетика процесса разрушения

Процесс разрушения полимеров является типичным кинетическим активационным процессом. Основные положения кинетической теории разрушения полимеров:

1. долговечность полимера под нагрузкой определяется временем, необходимым для накопления разрывного напряжения за счет тепловых флуктуаций;

2. внешняя нагрузка, возмущающая межатомные связи, снижает потенциальный барьер, облегчает разрыв напряженных связей и затрудняет восстановление (рекомбинацию) разорванных связей;

3. разрыв межатомных связей происходит не за счет внешних сил, а за счет тепловых флуктуаций.

Таким образом, разрушение протекает во времени и связано не только с действием деформирующей силы, но и с флуктуациями тепловой энергии. Чем больше напряжение, действующее на образец, тем больше вероятность разрыва химической связи при данной температуре. С другой стороны, при одинаковом напряжении вероятность разрыва химической связи тем больше, чем выше температура, т.е. чем значительнее флуктуации тепловой энергии.

Эти закономерности количественно выражаются в формуле Журкова:

,

где  – время жизни, или долговечность; – период колебания атомов в молекуле ~ 10^-1210^-13; – энергия активации; – напряжение; – структурно-чувствительный коэффициент (зависит от химического строения полимера и надмолекулярной структуры; чем больше микродефектов, тем больше ).