Крихке і в’язке руйнування полімерів
Раніше вже було показано, що механічні властивості полімерів сильно залежать від температури та часу навантаження. Характер залежності деформації від навантаження при постійній швидкості розтягування та різних температурах для аморфних та кристалічних полімерів. За низьких температур навантаження зростає практично лінійно зі збільшенням деформації аж до моменту руйнування, що відбувається крихко. При більш високих температурах досягається межа плинності, і навантаження знижується перед тим, як станеться розрив, іноді утворюється шийка.
Це пластичне руйнування, що відбувається, проте, за малих деформацій (зазвичай 10-20%). При вищих температурах відбувається зміцнення при деформації і шийка стабілізується, що зумовлює холодну течію полімеру. Подовження у разі зазвичай великі. Нарешті, при температурах вище спостерігається залежність деформації від навантаження, характерна для каучуків.
Для матеріалів, що розглядаються, існує перехід від високотемпературного пластичного (в'язкого) руйнування до крихкого при низьких температурах. Як зазначалося раніше, область температур, в якій матеріал здатний до холодної стяжки, в основному лежить нижче для поліморфів аморфних і трохи вище для кристалічних. В обох випадках існує область переходу, в якій деформація, що відповідає на момент руйнування, різко знижується і матеріал переходить із пластичного в крихкий стан.
В області температур крихко-в'язкого переходу полімери можуть бути пластичними при низьких швидкостях деформації і крихкими при високих. Подання 0 переході від крихкого до пластичного руйнування є дуже суттєвим при обговоренні механічних властивостей металів. Вочевидь, що з полімерів становище виявляється набагато більшескладним, завдяки існуванню багатьох областей (н підобластей), у яких механічна поведінка матеріалу по-різному.
Вплив хімічної та фізичної структури полімерного матеріалу на перехід від тендітного до пластичного руйнування до кінця не з'ясовано. Відомо, що зменшення молекулярної маси призводить до зниження крихкої міцності.
Значення межі плинності, наприклад, для поліетилену, можуть сильно відрізнятися в залежності від ступеня розгалуженості, яка впливає на кристалічність зразка, внаслідок чого температура переходу крихкість-пластичність повинна бути складною функцією молекулярної маси та числа розгалужень основного ланцюга. Жорсткі бічні групи збільшують межу плинності і тендітну міцність, у той час як гнучкі бічні відгалуження знижують межу плинності та тендітну міцність Таким чином, важко вказати загальне правило щодо впливу бічних груп на перехід крихкість-пластичність.
Поперечне зшивання збільшує межу плинності, але не впливає значно на тендітну міцність. Тому утворення поперечних зв'язків зрушує перехід крихкість-пластичність у бік підвищених температур.
Застосування різноманітних пластифікаторів зменшує ймовірність тендітного розриву, оскільки вони зазвичай більшою мірою знижують межу плинності, ніж тендітну міцність. Справді, усе вищевикладене підтверджується з прикладу поліетилену.
Так, межа плинності ПЕ при кімнатній температурі може бути знижений за допомогою кополімеризації, пластифікації та зменшення ступеня кристалічності, при цьому у всіх випадках в'язкість зростає. Наявність поперечних зв'язків навпаки, веде до підвищення межі плинності та зменшення в'язкості. Це правило, однак, не є цілком жорстким, так як додавання різних твердих неволокнистихнаповнювачів може призвести до одночасного зниження межі плинності та в'язкості, а волокнисті наповнювачі можуть одночасно підвищити обидві ці характеристики.