Структура и прочность полимеров
Гуль В.Е.
1978
В книге собраны и систематизированы результаты работ советских и зарубежных исследователей по проблеме прочности полимеров. Изложены основные концепции прочности твердых тел и полимеров. Рассмотрены некоторые закономерности влияния химического строения, размеров и формы макромолекул, а также типа надмолекулярных образований на прочность полимеров.
Приведенный материал иллюстрируется экспериментальными данными, полученными при разрушении пластиков, полимерных стекол, эластомеров, волокон и твердых полимерных систем с большой степенью поперечного сшивания. В заключительной части приводятся зависимости, с помощью которых можно определить прочность комбинированных материалов.
Книга представляет интерес для широкого круга инженеров и научных работников, занимающихся переработкой и применением полимерных материалов, а также может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов технологических вузов.
328 с, 170 рис., 1 табл., список литературы 658 ссылок.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие к первому изданию .................. 5
От автора ............................. 6
Глава I. Основные понятия и определения.............. 7
Основные характеристики прочности ................ 11
Статистическая природа прочности полимерных материалов...... 17
Определение прочности полимерных материалов (режимы испытаний) 29
Теоретическая и техническая прочность ............... 49
Глава II. Типы разрушения полимеров ............... 56
Особенности строения полимеров, влияющие на их механические свойства 56
Особенности механических свойств полимеров, обусловленные их строением 64
Феноменологическое рассмотрение процессов разрушения...... 70
Хрупкое разрушение полимеров................... 96
Специфика разрушения полимеров в высокоэластическом состоянии . . . 101
Пластическое разрушение полимеров ................ 115
Переход от хрупкого к высокоэластическому разрушению....... 117
Разрушение волокон ........................ 122
Кинетическая теория адгезионного разрушения полимеров...... 128
Глава III. Влияние внешних факторов на процесс разрушения полимеров 140
Временная зависимость прочности твердых тел............ 140
Скоростная зависимость прочности ................. 147
Температурная зависимость прочности ................ 152
Влияние агрессивных сред на прочность............... 162
Влияние излучений высокой энергии на прочность .......... 169
Глава IV. Влияние химического строения и надмолекулярной организации на прочность полимеров .............. 173
Влияние степени полимеризации и ориентации............ 173
Влияние межмолекулярного взаимодействия............. 180
Влияние молекулярной и надмолекулярной организации ....... 188
Влияние степени поперечного сшивания и типа поперечных связей .... 204
Влияние пластификаторов ..................... 210
Влияние наполнителей ....................... 214
Молекулярно-кинетическая концепция разрушения
Возможные механизмы разрушения полимеров .......... 222
Феноменологическое рассмотрение процесса разрушения.......... 234
Кинетика разрушения полимеров крушения.......... 253
О некоторых путях увеличения прочности полимерных материалов
Литература........... 307
Предметный указатель..... 323
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Практически ни в одной области применения полимерных материалов нельзя отвлечься от их прочности. Поэтому как конструкторов, использующих полимерные материалы, так и технологов, изготовляющих их, интересуют прежде всего факторы, от которых зависит прочность изделий в условиях эксплуатации. К сожалению, особенности полимерных материалов таковы, что инженеры лишены возможности пользоваться классическими представлениями о сопротивлении материалов. Создание сопромата для полимеров является одной из наиболее существенных научно-технических задач, а предпосылкой должна явиться теория прочности и деформационных процессов. Разработка ее осуществлялась, в первую очередь, путем исследования релаксационных явлений. В последнее время достигнуты также значительные успехи в области изучения надмолекулярных структур полимерных материалов и обнаружено большое влияние типа таких структур на механические свойства полимеров, в особенности на их прочность.
Отсутствие до настоящего времени монографии, посвященной прочности полимеров, является удивительным и печальным фактом. Поэтому книга В. Е. Гуля, как первая попытка такого рода, заслуживает пристального внимания. В ней собран и систематизирован большой фактический материал, представляющий несомненный интерес для технологов, конструкторов и исследователей, работающих в области изучения природы прочности полимерных материалов.
Мне кажется справедливой и основная концепция автора, которая сводится к тому, что специфические, особенности строения высокополимеров проявляются в специфических закономерностях их разрушения. Способность макромолекул деформироваться проявляется в эффекте дополнительной ориентации. Материал, взятый для испытания, имеет структуру, существенно отличающуюся от структуры материала в том месте, где она разрушается. Релаксационные свойства, проявляющиеся в процессе разрушения, существенно отличаются от тех, которые оцениваются при обычных методах (например, релаксация напряжения при значениях деформации, малых по сравнению с разрывными).
При изучении проблемы прочности полимеров желательно возможно больше уделять внимания структуре полимеров, учитывая, что получаемые в последнее время интересные данные заставят, по-видимому, по-новому переосмыслить многие сложившиеся представления о механизмах проявления необычных механических свойств высокомолекулярных веществ.
Автор книги известен своими исследованиями прочности полимеров. Предлагаемая- книга является обобщением тех представлений, которые развиваются советскими исследователями, в том числе и самим проф. В. Е. Гулем, в области прочности полимеров. Она, несомненно, должна заинтересовать широкие круги специалистов, работы которых в той или иной мере связаны с вопросами прочности полимеров.
1964 г. Академик В. А. Каргин
ОТ АВТОРА
В настоящее время проблема прочности полимеров продолжает приковывать пристальное внимание исследователей, технологов и конструкторов, работающих в различных отраслях народного хозяйства.
С момента выхода в свет предыдущего издания прошло семь лет. Эти годы ознаменовались дальнейшим развитием физики полимеров — раздела науки, в котором наряду с другими вопросами изучаются закономерности разрушения полимерных материалов.
Сейчас уже стало общепризнанным определяющее влияние специфического изменения структуры полимеров в процессе их разрушения, сформулированное автором в работах 1951—1964 гг. Все больше сторонников приобретает концепция, развитая автором в 50-х годах, в которой существенная роль в механизме разрушения полимеров отводится разрыву межмолекулярных связей.
Кроме того, за прошедшее время накопилось большое количество экспериментальных данных, многие из которых являются довольно противоречивыми. Поэтому возникла настоятельная потребность в их всестороннем анализе, критической переработке и обобщении.
И, наконец, материал, изложенный в предыдущих изданиях, в значительной степени устарел.
Все это и побудило автора написать новую книгу.
Этот труд представляет собой попытку изложить по возможности в простой форме наиболее существенные достижения науки о прочности полимеров и наряду с общими закономерностями оттенить свойственные им особенности.
Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую признательность докт. хим. наук Г. В. Виноградову, чл.-корр. АН СССР В. А. Кабанову, докт. техн. наук В. В. Ковриге, докт. сЬиз.-мат. наук А. Я. Малкину и академику АН Латв. ССР А. К- Малмейстеру за проявленный интерес к рукописи и сделанные ими полезные замечания.
1977 г.
В. Е. Гуль
Гуль В.Е.
1978
В книге собраны и систематизированы результаты работ советских и зарубежных исследователей по проблеме прочности полимеров. Изложены основные концепции прочности твердых тел и полимеров. Рассмотрены некоторые закономерности влияния химического строения, размеров и формы макромолекул, а также типа надмолекулярных образований на прочность полимеров.
Приведенный материал иллюстрируется экспериментальными данными, полученными при разрушении пластиков, полимерных стекол, эластомеров, волокон и твердых полимерных систем с большой степенью поперечного сшивания. В заключительной части приводятся зависимости, с помощью которых можно определить прочность комбинированных материалов.
Книга представляет интерес для широкого круга инженеров и научных работников, занимающихся переработкой и применением полимерных материалов, а также может быть полезна аспирантам и студентам старших курсов технологических вузов.
328 с, 170 рис., 1 табл., список литературы 658 ссылок.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие к первому изданию .................. 5
От автора ............................. 6
Глава I. Основные понятия и определения.............. 7
Основные характеристики прочности ................ 11
Статистическая природа прочности полимерных материалов...... 17
Определение прочности полимерных материалов (режимы испытаний) 29
Теоретическая и техническая прочность ............... 49
Глава II. Типы разрушения полимеров ............... 56
Особенности строения полимеров, влияющие на их механические свойства 56
Особенности механических свойств полимеров, обусловленные их строением 64
Феноменологическое рассмотрение процессов разрушения...... 70
Хрупкое разрушение полимеров................... 96
Специфика разрушения полимеров в высокоэластическом состоянии . . . 101
Пластическое разрушение полимеров ................ 115
Переход от хрупкого к высокоэластическому разрушению....... 117
Разрушение волокон ........................ 122
Кинетическая теория адгезионного разрушения полимеров...... 128
Глава III. Влияние внешних факторов на процесс разрушения полимеров 140
Временная зависимость прочности твердых тел............ 140
Скоростная зависимость прочности ................. 147
Температурная зависимость прочности ................ 152
Влияние агрессивных сред на прочность............... 162
Влияние излучений высокой энергии на прочность .......... 169
Глава IV. Влияние химического строения и надмолекулярной организации на прочность полимеров .............. 173
Влияние степени полимеризации и ориентации............ 173
Влияние межмолекулярного взаимодействия............. 180
Влияние молекулярной и надмолекулярной организации ....... 188
Влияние степени поперечного сшивания и типа поперечных связей .... 204
Влияние пластификаторов ..................... 210
Влияние наполнителей ....................... 214
Молекулярно-кинетическая концепция разрушения
Возможные механизмы разрушения полимеров .......... 222
Феноменологическое рассмотрение процесса разрушения.......... 234
Кинетика разрушения полимеров крушения.......... 253
О некоторых путях увеличения прочности полимерных материалов
Литература........... 307
Предметный указатель..... 323
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Практически ни в одной области применения полимерных материалов нельзя отвлечься от их прочности. Поэтому как конструкторов, использующих полимерные материалы, так и технологов, изготовляющих их, интересуют прежде всего факторы, от которых зависит прочность изделий в условиях эксплуатации. К сожалению, особенности полимерных материалов таковы, что инженеры лишены возможности пользоваться классическими представлениями о сопротивлении материалов. Создание сопромата для полимеров является одной из наиболее существенных научно-технических задач, а предпосылкой должна явиться теория прочности и деформационных процессов. Разработка ее осуществлялась, в первую очередь, путем исследования релаксационных явлений. В последнее время достигнуты также значительные успехи в области изучения надмолекулярных структур полимерных материалов и обнаружено большое влияние типа таких структур на механические свойства полимеров, в особенности на их прочность.
Отсутствие до настоящего времени монографии, посвященной прочности полимеров, является удивительным и печальным фактом. Поэтому книга В. Е. Гуля, как первая попытка такого рода, заслуживает пристального внимания. В ней собран и систематизирован большой фактический материал, представляющий несомненный интерес для технологов, конструкторов и исследователей, работающих в области изучения природы прочности полимерных материалов.
Мне кажется справедливой и основная концепция автора, которая сводится к тому, что специфические, особенности строения высокополимеров проявляются в специфических закономерностях их разрушения. Способность макромолекул деформироваться проявляется в эффекте дополнительной ориентации. Материал, взятый для испытания, имеет структуру, существенно отличающуюся от структуры материала в том месте, где она разрушается. Релаксационные свойства, проявляющиеся в процессе разрушения, существенно отличаются от тех, которые оцениваются при обычных методах (например, релаксация напряжения при значениях деформации, малых по сравнению с разрывными).
При изучении проблемы прочности полимеров желательно возможно больше уделять внимания структуре полимеров, учитывая, что получаемые в последнее время интересные данные заставят, по-видимому, по-новому переосмыслить многие сложившиеся представления о механизмах проявления необычных механических свойств высокомолекулярных веществ.
Автор книги известен своими исследованиями прочности полимеров. Предлагаемая- книга является обобщением тех представлений, которые развиваются советскими исследователями, в том числе и самим проф. В. Е. Гулем, в области прочности полимеров. Она, несомненно, должна заинтересовать широкие круги специалистов, работы которых в той или иной мере связаны с вопросами прочности полимеров.
1964 г. Академик В. А. Каргин
ОТ АВТОРА
В настоящее время проблема прочности полимеров продолжает приковывать пристальное внимание исследователей, технологов и конструкторов, работающих в различных отраслях народного хозяйства.
С момента выхода в свет предыдущего издания прошло семь лет. Эти годы ознаменовались дальнейшим развитием физики полимеров — раздела науки, в котором наряду с другими вопросами изучаются закономерности разрушения полимерных материалов.
Сейчас уже стало общепризнанным определяющее влияние специфического изменения структуры полимеров в процессе их разрушения, сформулированное автором в работах 1951—1964 гг. Все больше сторонников приобретает концепция, развитая автором в 50-х годах, в которой существенная роль в механизме разрушения полимеров отводится разрыву межмолекулярных связей.
Кроме того, за прошедшее время накопилось большое количество экспериментальных данных, многие из которых являются довольно противоречивыми. Поэтому возникла настоятельная потребность в их всестороннем анализе, критической переработке и обобщении.
И, наконец, материал, изложенный в предыдущих изданиях, в значительной степени устарел.
Все это и побудило автора написать новую книгу.
Этот труд представляет собой попытку изложить по возможности в простой форме наиболее существенные достижения науки о прочности полимеров и наряду с общими закономерностями оттенить свойственные им особенности.
Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую признательность докт. хим. наук Г. В. Виноградову, чл.-корр. АН СССР В. А. Кабанову, докт. техн. наук В. В. Ковриге, докт. сЬиз.-мат. наук А. Я. Малкину и академику АН Латв. ССР А. К- Малмейстеру за проявленный интерес к рукописи и сделанные ими полезные замечания.
1977 г.
В. Е. Гуль