Зависимость «долговечности» полимерных изделий от технологических факторов изготовления.
Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность (при установленной системе технического обслуживания и ремонтов) до наступления предельного состояния, то есть состояния, при котором дальнейшая эксплуатация изделия должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, ухода параметров за установленные пределы, резкого снижения эффективности эксплуатации /18/.
Количественно «долговечность» может оцениваться, например, техническим ресурсом, сроком службы или гарантийным сроком эксплуатации изделия.
Технический ресурс – наработка изделия до достижения им предельного состояния, оговоренного в технической документации. В этой связи существуют варианты технического ресурса: полный – за весь срок службы эксплуатации; доремонтный – от начала эксплуатации до капитального ремонта восстанавливаемого изделия; использованный – от начала эксплуатации любого изделия или от предыдущего капитального ремонта до рассматриваемого времени; остаточный – от рассматриваемого момента времени до отказа невосстанавливаемого изделия или до капитального ремонта восстанавливаемого изделия; межремонтный – между капитальными ремонтами восстанавливаемого изделия /18/.
Срок службы – фактический период времени от начала эксплуатации изделия до момента возникновения предельного состояния, оговоренного в технической документации, или до выбраковки. Этот период включает наработку и время простоев всех видов, обусловленное как техническим обслуживанием, так и организационными и иными причинами /18/.
Гарантийный срок эксплуатации изделия – период времени, в течение которого изготовитель гарантирует стабильность качественных показателей изделия и выполнение заданных требований к изделию при соблюдении потребителем правил эксплуатации, в том числе правил хранения и транспортирования. Гарантийные сроки устанавливают в технической документации или договорах между изготовителем и заказчиком /18/.
Исходя из определения «долговечности», надежность полимерных изделий характеризуется уже не самим уровнем того или иного эксплуатационного свойства, а временем изменения этого свойства до нижнего допустимого предела. Такая подмена оценок особенно целесообразна для изделий из ПМ, поскольку у них изменения большинства свойств, в отличие от металлов, происходят в обозримый промежуток времени. Например, если принять в качестве критерия изменения свойств типичных конструкционных термопластов уменьшение прочности при растяжении на 80% по сравнению с их исходной прочностью, то оказывается, что долговечность хранения, в частности, изделий из ПА 66 при 70˚С в сухом состоянии равна 2 годам, а во влажном состоянии всего 8 неделям /22/. Отсюда широкое применение как в сфере производства, так и при эксплуатации полимерных изделий ряда временных параметров, позволяющих оценивать кинетику химических реакций, релаксации напряжений, ползучести, вязко-упругого прорастания трещин и др. Отсюда же берут начало в отношении полимерных изделий понятия «долговременной» и «кратковременной» прочности. Зная кинетику развития процессов, непосредственно влияющих на заданный эксплуатационный показатель, представляется возможным рассчитывать долговечность интересующего изделия из ПМ.
В частности, известна методика расчета долговечности полимерных изделий, основанная на временной теории прочности и аналитическом обобщении реальных зависимостей изменения механических свойств /25/. Исследование прочности, проведенное по этой методике, позволило установить общую закономерность, прежде всего, для ПМ при условии неизменности их структуры в процессе опыта. Эта закономерность описывается формулой Журкова:
Uo ־ γ σ p
τ р = τ о exp ----------- ,
R T
где τр - долговечность; σр – разрушающее напряжение; R – универсальная газовая постоянная; Т – температура, К; τо – величина, близкая к периоду собственных колебаний атомов; γ – коэффициент, характеризующий уменьшение потенциального барьера с увеличением напряжения, существенно зависящий от структуры материала; Uо – активационный барьер процесса разрушения.
Если условие неизменности структуры ПМ соблюдено, то графически зависимость lg τр – 1/Т носит прямолинейный характер с углом наклона, обусловленным интенсивностью падения прочности ПМ с ростом температуры Т. Технологически варьируя прочность и теплостойкость испытуемого ПМ, можно получить серию линейных зависимостей (рис.1.19).
Рис. 1.19. Температурная зависимость долговечности при постоянном напряжении для полистирола. Разрушающие напряжения, соответствующие прямым, уменьшаются от 1 к 3 /25/.
Точка пересечения линейных зависимостей, соответствующая 1/Т = 0 на оси ординат, определяет τо = τр ≈ 10 ˉ¹³ с для большинства ПМ. Последующая стандартная графическая обработка представленных зависимостей позволяет определить для каждого конкретного ПМ параметры Uo и γ.
Завершая характеристику обеспечения надежности полимерных изделий в показателях «долговечности», необходимо еще раз подчеркнуть, что арсенал технологических возможностей остается тем же, который применяется для достижения заданных показателей «безотходности» и «сохраняемости» («выносливости»).