ння, так як найменші деформації, що руйнують полімер, спостерігаються при переході його з склоподібного стану в крихке:
F p=(2 a E /? lo) 1/2,
де F p - міцність,
a - питома енергія поверхні, що виникла при розриві;
lo - довжина МІКРОДЕФЕКТИ, E-модуль пружності (модуль Юнга).
Формула правильно описує ряд закономірностей, зокрема вплив глибини дефекту (спеціального надрізу) на міцність. Розрахунок за цією формулою питомої енергії поверхні a призводить до значень, які приблизно в 100 разів перевищують експериментально знайдені значення. Відмінності пояснюються тим, що навіть при крихкому руйнуванні полімерів відносно велика частка енергії, що витрачається на переміщення структурних елементів поблизу поверхні руйнування, тобто на деякий деформування полімеру зростаючої тріщиною.
Часто в вершині тріщини розвивається вимушено-еластична деформація (рис. 22) - переміщення і орієнтація сегментів, їх подальше руйнування і формування орієнтованих тяж (волокон). Тріщина, заповнена орієнтованими тяжами полімеру, називається мікротріщин (а), яка, на відміну від звичайної тріщини, здатна потім «заліковують». Орієнтація полімеру в мікротріщинах змінює показник заломлення, і в місцях їх скупчення через сильний розсіювання світла виникає металевий блиск. Тому мікротріщини ще називають тріщинами срібла. Полімери у високоеластичному стані до моменту розриву досягають значних деформацій, що сильно впливає на механізм їх руйнування. Первісна тріщина з гострою вершиною поступово розширюється, але не росте, так як накопичена механічна енергія через низький модуля ще мала, перенапруги частково релаксують, а полімер у вершині тріщини орієнтується і упрочняется, утворюючи безліч тяжів (б).
Орієнтовані тяжі формуються в вершині тріщини до тих пір, поки напруга у зменшувати поперечному перерізі досягає критичного значення для швидкого проростання магістральної тріщини, яка руйнує зразок. У високоорієнтованих полімері дуже велике опір розростанню тріщин поперек зразка, в десятки і сотні разів перевершує опір розростанню поздовжніх тріщин. Тому тріщина постійно змінює напрямок росту (в), а в місці руйнування утворюється «бахрома» з найдрібніших орієнтованих волокон.
Рис. 22. Будова і поширення тріщин в крихкому полімері (а), еластомерів (б) і високоорієнтованих полімері (в).
Руйнування полімерів тривало діючої навантаженням відбувається при напругах, значно менших критичного значення. Тому, крім міцності, матеріал характеризують довговічністю - часом, протягом якого він не руйнується під дією заданої напруги. Теплова енергія розподіляється нерівномірно, випадкові флуктуації і зосередження енергії в певний момент на більш напруженою ланцюга призводять до її розриву. З часом число розривів накопичується, і утворюється дефект розростається настільки, що відбувається зародження магістральної тріщини, що приводить до руйнування зразку. Такий механізм руйнування закладений в кінетичної теорії міцності: повільне накопичення термомеханодеструкціі окремих макромолекул створює умови для руйнування всього зразка. Чим більше напруга? , Чинне на зразок, тим більша ймовірність розриву хімічного зв'язку при даній температурі. З іншого боку, при однаковій напрузі ймовірність розриву хімічного зв'язку тим більше, чим вище температура, тобто чим значніше флуктуації теплової енергії, що відображено у формулі Журкова:
? р =? про е (Uo - ??)/RT,
де U o - енергія активації розриву зв'язку при напрузі, яка прагне до нуля;
? р - час очікування розриву зв'язків (довговічність полімеру);
? про - період теплових коливань атомів (для твердого тіла 10 - 12 - 10 - 13 с). Рівняння передбачає лінійну залежність lg? р від? або від зворотної температури 1/Т, при якій прямі сходяться в одній точці, званої полюсом (рис.23).
Рис.23. Залежність довговічності? р від напруги? при різних температурах (а) і від зворотної величини температури (1/Т) при різних напружених (б).
Збільшення напруги полегшує подолання енергетичного бар'єра механодеструкція. Твір ?? є величина енергії, яка знижує енергетичний бар'єр розриву зв'язку, а?- Структурний коефіцієнт, характерний для даного полімеру. Пониженням напруги можна досягти такого його значення (рис. 24а), при якому руйнування полімеру практично не буде прискорюватися. Напруга, при якому довговічності напруженого і ненапряженного полімерів рівні, називається безпечним.
За рівняння Бартенєва, для еластичних зшитих полімерів (гум):
? р=В?-b,
де В і b - константи...
