Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 35

7 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 35

Эту часть начнем с некоторых теоретических выкладок, необходимых для понимания механики разрушения полимеров и полимерных компаундов с различными добавками в составе. Теоретические оценки растягивающего напряжения, необходимого для разрыва ковалентной связи, подразумевают ее силу равную примерно 5 нН на каждую связь. Предполагая идеальную структуру и равномерное распределение напряжений, теоретическая прочность полиэтилена в направлении макромолекул будет равна таким образом около 20 ГПа. Измеренная прочность ориентированных полимеров будет по крайней мере на один, но чаще на два порядка меньше. Структурные дефекты в виде пустот, концов цепей и локальных зацеплений, вызывающие последовательную, а не одновременную и равномерную нагрузку отдельных связей, являются причинами наблюдаемого несоответствия. Можно ожидать значительно меньшей прочности в направлении, перпендикулярном направлению цепи, поскольку энергии связи межмолекулярных взаимодействий водорода существенно меньше по сравнению с первичными химическими связями. Совместный разрыв межмолекулярных связей должен требовать напряжения 100 МПа, а аналогичный разрыв плотно связанной водородной связью структуры, такой как нейлон, должен требовать уже около 500 МПа, то есть почти в пять раз больше.

Чтобы определить взаимосвязь между свойствами материала, размером дефекта и измеренной прочностью испытательного образца, Гриффит использовал феноменологическую термодинамику для описания баланса энергии в теле, содержащем определенные типы трещин. Предполагая идеальный материал с линейно-упругим поведением, он рассматривал рост трещин как процесс создания новых поверхностей. Этот процесс увеличивает общее количество энергии в теле. Эта энергия должна быть обеспечена работой, выполняемой внешними приложенными силами и энергией упругости, запасенной в теле. Трещина может расти только в том случае, если имеется достаточно энергии деформации. Этот подход был позже независимо модифицирован рядом исследователей путем включения параметра скорости высвобождения энергии деформации для учета изменений, вызванных мелкомасштабными пластическими деформациями в вершине трещины и на поверхностях. В специальной литературе можно найти несколько формул с использованием модифицированного критерия Гриффитса для возникновения самопроизвольного разрушения хрупкого материала, а мы переходим к определению ударной нагрузки. Стандартные испытания на ударную вязкость с надрезом, такие как испытания по Изоду и Шарпи (ASTM, ISO, DIN), наиболее часто используются для определения ударной вязкости пластических материалов.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 35

Очень сложно использовать данные измерений, полученные в результате испытаний с применением «идеальных» лабораторных образцов, для прогнозирования ударных характеристик конечного полимерного материала. Очевидное отсутствие хорошей корреляции между измеренной энергией ударного разрушения и ударопрочностью конечного продукта связано с чрезвычайной сложностью процессов микроскопического разрушения. В частности, влияние геометрии образца иногда плохо согласуется с типом механизма разрушения дефектов, присутствующих в фактической отформованной детали, подверженной воздействию ударных сил, характерных для конечного использования, то есть в «полевых» условиях. Первоначальная концепция механики разрушения, заложенная в разработке стандартизированных испытаний на удар, заключалась в том, чтобы определить условия возникновения хрупкого разрушения, ведущего к катастрофическому разрушению материала. Несмотря на экспериментальные свидетельства изменений в способе разрушения в зависимости от состава, только ограниченное число авторов приняли это во внимание и соответствующим образом изменили процедуры испытаний.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 35

В результате был получен большой объем опубликованных данных, которые связывают не зависящую от геометрии ударную вязкость с широким спектром структурных переменных и эффектами условий процесса (например, объемная доля наполнителя, свойства резины, размер частиц и распределение по размерам, матрица- адгезия включений и молекулярная структура полимера). Эта база данных представляет собой разрозненное множество предложенных механизмов разрушения для объяснения прочности материала, ускользающих от фундаментального понятия универсальности. Испытания на удар по Шарпи также могут использоваться для определения критических скоростей выделения энергии деформации (Gc ') и для оценки значений вязкости разрушения в состояниях плоской деформации и плоского напряжения, G1c и G2c соответственно. Следовательно, экспериментальные данные могут быть получены с помощью стандартизированных испытаний на удар по Шарпи с надрезом (CNIS) относительно их значимости для выбора материала и проектирования. Далее мы сравним данные CNIS сравниваются с измерениями скорости высвобождения энергии деформации Gc ', полученными в соответствии с четко определенными критериями линейной упругой механики разрушения материалов в условиях текучести. В это исследование включены различные полипропиленовые смолы, их смеси с эластомерами, жесткие наполнители или же и то, и другое.

Далее заметим, что было разработано значительное количество испытаний на ударную нагрузку, чтобы охарактеризовать ударопрочность пластмасс. Чтобы обеспечить базовый уровень понимания взаимосвязи между лабораторно измеренной одноосной и двухосной ударной вязкостью и характеристиками конечной пластмассовой детали, необходимо обсудить механический анализ разрушения при испытаниях на ударную нагрузку с точки зрения конкретной настройки различных типов оборудования для испытаний на ударопрочность. Наиболее часто используемые формы для испытаний на ударную нагрузку, используемые в индустрии пластмасс: с надрезом по Изоду, с обратным надрезом по Изоду, с надрезом по Шарпи, а также прибор для испытаний на удар с сервогидравлическим приводом. В специализированной литературе представлены также и фотографии различных типов испытательного оборудования с маятником свободного движения, используемого в качестве ударника (падающего тела): ручной тестер Изода, автоматический тестер Изода и тестер удара по Шарпи. Обратите внимание, что любая геометрия ударного тела может использоваться в любом оборудовании для испытаний на ударопрочность. Основной недостаток всех вышеупомянутых испытаний на удар маятникового типа заключается в том, что они предоставляют общую информацию (то есть общую энергию разрушения без понимания реальных процессов разрушения).

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 35

Кроме того, геометрия образца, предписанная в ходе испытаний, обусловливает зависимость измеренной геометрии энергии ударного разрушения. Этот недостаток методологии ограничивает любые попытки связать ударную вязкость со структурой материала. Далее мы еще коснемся проблемы, как отсутствие фундаментального значения в ударных испытаниях может быть частично преодолено с помощью инструментальных ударных испытаний. В частности, этот последний метод предоставляет информацию о зависимости силы от времени во время удара. К сожалению, это не избавляет от зависимости от геометрии образца какой-либо измеряемой величины. Испытания на ударную вязкость используются при оценке материалов для моделирования наиболее серьезных разрушений, которым могут подвергаться материалы. Кроме того, ударные испытания готовых деталей – это окончательные испытания характеристик материала, конструкции детали и качества обработки. Стохастический характер явлений разрушения и неизбежные эффекты геометрии испытаний очень затрудняют нахождение количественных соотношений между характеристиками полимера в лабораторных испытаниях на упрощенном образце для испытаний и характеристиками конечной детали. Таким образом, на первый план выходит проблема несоответствия результатов лабораторных испытаний характеристикам готовых изделий, тестируемых в «полевых» условиях, то есть на местах их эксплуатации, и по понятным причинам последними видами испытаний пренебрегать никак нельзя.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 35

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад