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

Электрические свойства

Общие сведения

Электрические свойства − совокупность свойств, характери­зующих способность веществ и материалов проводить электрический ток в электрическом поле.

К электрическим свойствам, наиболее широко используемым для исследования материалов (особенно металлических) и оценки возможности их практического применения, в первую очередь, относится удельная электропроводность γ и обратная ей величина − удельное электрическое сопротивление ρ, а также температурный ко­эффициент удельного электросопротивления α_ρ0.

Все материалы, применяемые в технике, по своим электриче­ским свойствам делят на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики. Различаются эти материалы по величине электросопро­тивления, по характеру его температурного изменения и по типу про­водимости. Резкой границы между диэлектриками и полупроводни­ками провести нельзя. По величине удельного электросопротивления принято следующее деление:

проводники − 10^-5...10^-8 Ом^.м и менее;

полупроводники − 10^-6…10⁷ Ом^.м;

диэлектрики − 10⁷...10¹⁸ Ом^.м.

Электрическое сопротивление у диэлектриков и полупровод­ников с повышением температуры уменьшается, а у проводников — растет. У некоторых металлов при внешних воздействиях (например, при уменьшении температуры) сопротивление скачком уменьшается практически до нуля (явление сверхпроводимости).

Характер изменения электрических свойств различных мате­риалов при внешних воздействиях можно объяснить, если рассмот­реть, что является в них носителем зарядов.

Твердые диэлектрические материалы (полимеры, керамика, неор­ганическое стекло и др.) делят на неполярные и полярные диэлектрики.Неполярные диэлектрики могут иметь молекулярное (полиэтилен, фторопласт-4 и др.) или ионное кристаллическое (слюда, кварц и др.) строение. Молекулярные диэлектрики состоят из электрически нейтраль­ных молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обла­дают электрическими свойствами. Ионные кристаллические диэлектрики образованы парами ионов, причем каждая пара составляет нейтральную частицу. Ионы располагаются в узлах кристаллической решетки. Полярные диэлектрики (например, поливинилхлорид) состоят из полярных молекул — диполей. Электрические диполи представля­ют собой пары зарядов противоположных знаков, которые взаимно уравновешиваются и находятся на некотором расстоянии друг от друга. Величина диполя характеризуется дипольным моментом — произведением величины заряда на расстояние между ними. Диполи обладают начальным электрическим моментом вследствие асимметрии своего строения еще до воздействия на них электрического поля. В общем случае в полярных диэлектриках диполи имеют достаточ­ную величину, но располагаются беспорядочно и их присутствие не отражается на электрических свойствах.