материала снова резко возрастает. Конструкторы должны, конечно, обращать на это особое внимание, так как применение строительных деталей с постоянно растущей деформацией из соображений функциональной пригодности и безопасности либо ограничено, либо вовсе исключено. 
 

2.3. Изменения свойств полимерных материалов при старении

    Старение, обусловленное протеканием различных  физико-химических процессов, приводит к постепенному изменению всего  комплекса эксплуатационных свойств  материалов. В первую очередь при изучении старения проводятся испытания на разрыв материалов как доступный и более информативный вид испытаний. Поэтому часто за показатель старения материала берутся относительные изменения прочности при растяжении (К_σ= σ_р/ σ₀) или относительного удлинения при разрыве (К_ε = ε_р/ ε₀ ). Здесь σ₀   и  ε₀  - исходные значения, а   σ_р   и  ε_р - значения показателей материала после старения.    При этом безразмерные К_σ и К_ε называются коэффициентами  старения.

    Предполагается, что остальные показатели изменяются соответственно. Однако, как показывает практика, отношения между разными свойствами и даже этими двумя коэффициентами старения далеко не однозначные  (рис.1-4)

     Так, работами Перро и Верду [21], позже Филатова И.С. было установлено, что изменения показателей физико-механических свойств слабо коррелируют с данными физико-химических исследований, а также между собой. С другой стороны, было установлено, что при старении большинство материалов практически сохраняет начальную часть своей деформационной кривой  («деформация» /«напряжение»), полученное при испытаниях на растяжение исходных образцов (рис.5-7). При старении точка разрыва постепенно перемещается вдоль единой для исходных и состаренных материалов деформационной кривой к некоему пределу. (рис. 8-10).  Филатовым этот предел был указан как предел текучести (предел вынужденной высокоэластичности) материала, который оказался довольно стабильным показателем для большинства материалов.  

    Рис. 1. Изменение механических  свойств пленок A(▼), B(Δ), C(●)  и D(○)  в зависимости от времени экспозиции. Сверху: напряжение при удлинении 20%; внизу: удлинение при разрыве [21] 

     Рис. 2. Механические свойства образца Е в зависимости от экспозиции. Сверху: удлинение при разрыве; снизу: напряжение при разрыве (●) и предел текучести (○).[21]

    

Рис. 3. Механические свойства пленок поливинилхлорида в зависимости от экспозиции, те же самые символы как на рис.1 и 2. [21]

      

                 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 4. Механические свойства пленок полипропилена в зависимости от экспозиции, те же самые символы как на рис. 1 и 2. [21]

                                 
 
 

    Рис. 5. Диаграмма растяжения:  разрушающее напряжение  (σ_р)  - удлинение при разрыве (ε_р).  Каждый пункт соответствует отдельному тесту; ▼ - исходные образцы, и открытые круги и закрытые площади соответствуют  образцам после максимального стареющего периода (см. таблицы). пленки A, B, C и D (ПЭ).  [21] 
 
 
 

                             

Рис. 6. Изменение положения точки разрыва [разрушающее напряжение при растяжении (σ_р) - относительное удлинение при разрыве (ε_р)] при старении.

Каждая показанная точка соответствует испытанию отдельного образца.

Треугольники  соответствуют исходным образцам,

Белые кружки и зачерненные фигуры соответствуют определенным временам старения. Пленки А, В, С и D(ПЭ). [21]

                           

Рис. 7. Изменение положения точки разрыва [разрушающее напряжение при растяжении (σ_р) - относительное удлинение при разрыве (ε_р)] при старении.

Каждая показанная точка соответствует испытанию отдельного образца.

Треугольники  соответствуют исходным образцам.

Белые кружки и зачерненные фигуры соответствуют определенным временам старения. (ПВХ-пленка.) [21]

                            
 

    Рис. 8. Диаграммы растяжения с указанием точек разрыва (σ_р- ε_р). Каждая точка соответствует отдельному испытанию.

    Треугольники  соответствуют исходным образцам,

    Белые кружки и зачерненные фигуры соответствуют определенным временам старения (ПП-пленка).    [21]                     
 
 
 
 

    

    Рис. 9. Предполагаемая картина изменения разрушающего напряжения при растяжении σ_R  и предела текучести σ_s   при старении. [21] 

                         
 

    Рис. 10. Модуль упругости ПMMA до (○) и после (●) радиохимической деградации. [21] 
 
 
 
 
 
 

 

      Заключение

 

     О старении материалов можно узнать путем  разгрузки образца: в нем наблюдаются  тогда остаточные пластичные деформации. В материале в отдельных случаях  возникают даже микротрещины, которые  вызываются перегрузками, возникшими вследствие перегруппировки напряжений. Установление допустимого предела растяжения является поэтому особенно важной задачей при изучении материалов. Под этим пределом конструкторы понимают те возникающие под действием различных напряжений деформации, которые за определенный промежуток времени могут быть полностью сняты без вреда для материала. Совершенно очевидно, какие проблемы возникнут при появлении микротрещин в пластмассовых сосудах и трубопроводах, работающих под давлением. Среда быстро проникнет в материал, что повлечет за собой дальнейшее разрушение,   разгерметизацию,   падение   давления и в конце концов приведет установку к выходу из строя.

     Из  приведенных примеров, которые ни в коем случае не претендуют на полноту  описания проблем старения, мы видим, что полимерные материалы намного чувствительнее металлических к различным воздействиям, вызывающим старение. Этим, пожалуй, объясняется некоторая замедленность в применении пластмасс для долговременно нагруженных конструкций. 

     Основные  параметры процессов переработки - температура, давление и время. Нагревание П.м. приводит к увеличению податливости материала при формовании путем перевода его в вязкотекучее или эластическое состояние, к ускорению диффузионных и релаксационных процессов, а для реактопластов - к последующему отверждению материала. Давление обеспечивает уплотнение материала и создание изделий требуемой конфигурации, оказывает сопротивление внутренним силам, возникающим в материале при формовании вследствие температурных градиентов и градиентов фазовых переходов. способствует выделению летучих продуктов. Временные параметры процесса переработки выбираются с учетом протекающих в материале физ. и хим. процессов. Оптимальные параметры рассчитывают или выбирают по результатам анализа технологических свойств полуфабрикатов и изделий, физические модели формования с учетом накопленного статистического опыта.

 

      Список использованной литературы

 

     1. Лосев И.П. Химия синтетических полимеров, 1960, 577 с.

     2. Кулезнев В.Н. Химия и физика полимеров, 1988, 312 с.

     3. Стрепихеев А.А. Основы химии высокомолекулярных соединений, 1976, 440 с.

     4. Кноп А.N. Фенольные смолы и материалы на их основе, 1983, 280 с.

     5. Горбунов Б.Н. Химия и технология стабилизаторов полимерных материалов, 1981, 368 с.

     6. Тугов И.И. Химия и физика полимеров, 1989, 433 с.

     7. Смирнов О.В. Поликарбонаты, 1975, 288 с.

     8. Аверко-Антонович И.Ю. Методы исследования структуры и свойств полимеров, 2002, 605 с.

     9. Азаров В.И. Химия древесины и синтетических полимеров, 1999, 629 с.

     10. Рабек Я.N. Экспериментальные методы в химии полимеров Ч.2, 1983, 480 с.

     11. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения, 1981, 656 с.

     12. Воробьёва Г.Я. Химическая стойкость полимерных материалов, 1981, 296 с.

     13. Манушин В.И. Целлюлоза, сложные эфиры целлюлозы и пластические массы на их основе, 2002, 107 с.

     14. Бовей Ф.N. Действующие ионизирующих излучений на природные и синтетические полимеры, 1959, 296 с.

     15. Михайлов Н.В. Основы физики и химии полимеров, 1977, 248 с.

     16. Кабанов В.А. Энциклопедия полимеров Том 3, 1977, 576 с.

     17. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров том 1, 1972, 612 с.

     18. Кулезнёв В.Н. Основы физики и химии полимеров, 1977, 248 с.

     19. Бурмистров Е.Ф. Синтез и исследование эффективности химикатов для полимерных материалов, 1974, 195 с.

     20. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров Том 1, 1974, 609 с.

     21. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров Том 3, 1977, 575 с.