Итак, наличие распределения микротрещин по скоростям роста связано в первую очередь с набором микродефектов или микронеоднородностей в полимере. Однако следует учитывать и тот факт, что прорастание первых микротрещин через все поперечное сечение образца так же, как прорастание шейки, приводит к падению напряжения и, следовательно, скорость роста последующих микротрещин будет ниже, так как они возникли при меньшем уровне напряжений. Таким образом, распределение микротрещин по скоростям роста зависит от микродефектности и микронеоднородности образца, а также от релаксации напряжений, связанной с развитием микротрещин.
На рис. 3, б представлена зависимость скорости роста микротрещин от степени растяжения полимера для трех скоростей его деформации в ад-сорбционно-активной среде. На этом же рисунке для сравнения приведена кривая растяжения ПЭТФ в этиловом спирте. Анализ данных, представленных на рис. 3, позволяет нам качественно связать вид кривой растяжения полимера с числом и скоростями роста возникающих в нем микротрещин. Наибольшее число микротрещин возникает при малых деформациях, которые лежат в области напряжений до достижения макроскопического предела вынужденной эластичности. Микротрещины, возникающие на начальном участке, растут с наибольшей скоростью. Оказывается, что как только быстрорастущие микротрещины прорастут через все поперечное сечение образца, напряжение падает; это ведет к резкому уменьшению числа возникающих микротрещин и скорости их роста. Другими словами, механическое поведение ПЭТФ в области спада напряжения вплоть до выхода кривой растяжения на прямолинейный участок обусловлено сложными процессами возникновения и поперечного роста микротрещин. Форма кривой растяжения полимера в адсорбционно-активной среде содержит информацию об описанных выше процессах, а сама кривая растяжения может служить тонким инструментом исследования механизма деформации.
Сравнение динамометрических кривых растяжения ПЭТФ на воздухе и в адсорбционно-активной среде (рис. 3, б) показывает, что деформирование в адсорбционно-активной среде приводит к снижению механических характеристик полимера, как это было показано в работах [15, 16], кроме того, имеется различие в спаде напряжения после достижения предела вынужденной эластичности. На наш взгляд, это различие обусловлено тем, что на воздухе прорастание шейки происходит, как правило, в одном месте образца, в связи, с чем на динамометрической кривой растяжения обычно возникает достаточно резкий спад напряжения. В то же время множество растущих с различными скоростями микротрещин, естественно, сложным образом «разгружают» растягиваемый полимер, тем более что микротрещины могут рождаться и расти во всей исследованной области растяжения (до 50%) и вносить свой вклад в спад напряжения. Этот вывод подтверждают и данные работы [14], в которой было обнаружено, что в тех случаях, когда при малых скоростях деформирования полимера в адсорбционно-активной среде в образце возникает и растет всего лишь одна микротрещина, спад напряжения на динамометрической кривой растяжения после достижения предела вынужденной эластичности становится таким же резким, как и при деформации полимера на воздухе.
Сопоставим теперь полученные нами из распределений по скоростям наиболее вероятные линейные скорости роста микротрещин с некоторой средней скоростью роста микротрещин, определяемой из кривых растяжения по методу, описанному в работе [12].
На рис. 4, а совместно представлены данные по определению скоростей роста микротрещин, полученные с помощью кинофотосъемки и кривых растяжения от логарифма скорости деформирования. При малых скоростях деформирования, когда число возникающих микротрещин невелико, наблюдается удовлетворительное совпадение наиболее вероятной линейной скорости роста микротрещин, определяемой по значению максимума на кривой распределения (рис. 2), и средней скорости роста, определяемой из кривой растяжения. Однако при деформировании со скоростью растяжения 1,58-Ю-4 м/с, когда резко увеличивается число возникающих микротрещин, как это видно на рис. 4, б, средняя скорость роста микротрещин, определенная из динамометрической кривой растяжения, становится значительно больше соответствующей величины, полученной из прямых микроскопических наблюдений.
Проведенное сопоставление свидетельствует о том, что величина средней скорости роста микротрещин, получаемая из кривой растяжения, удовлетворительно соответствует реальной наиболее вероятной скорости роста микротрещин только в области невысоких скоростей деформации, где, как видно из рис. 4, б, количество возникающих микротрещин относительно невелико. При повышенных скоростях растяжения общее количество возникающих микротрещин резко возрастает (рис. 4, б), что, в свою очередь, усложняет картину релаксации напряжения в полимере. Однако очевидно, что наибольшее влияние в этом процессе оказывают наиболее быстро прорастающие микротрещины; хотя их относительное число невелико, они вносят главный вклад в релаксацию напряжения полимера, в связи с чем и наблюдается столь сильное различие между данными, получаемыми из механических испытаний и из микроскопических наблюдений.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о глубокой и сложной взаимосвязи между механическим поведением полимера, деформируемого в адсорбционно-активной среде, и процессами возникновения и роста специфических микротрещин, а также микродефектностью и структурной неоднородностью стеклообразных полимеров.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лазуркин Ю. С. Дис. на соискание уч. ст. докт. физ.-мат. наук, М.: Ин-т физ. проблем АН СССР, 1954.
2. Уорд И. Механические свойства твердых полимеров. М.: Химия, 1975, с. 247.
3. KambourR. P. Macromolec. Rev., 1973, v. 7, p. 1.
4. Волынский А. Л., Вакеев Н. Ф.// Высокомолек. соед. А, 1975, т. 17, № 7, с. 1610.
5. Brown N. Phil. Mag., 1975, v. 32, № 5, p. 1041.
6. Brown N.. Fischer S. J. Polymer Sci. Polymer Phys. Ed., 1975, v. 13, JNs 7, p. 1315.
7. Brown N. In: Proceeding II International Conference Mechanical Behaviour Materials. Boston: Mass., 1976, p. 1530.
8.Brown N., Mertzger B. J. Polymer Sci. Polymer Phys. Ed., 1980, v. 17, № 9, p. 1979.
9. Алескеров А. Г., Волынский А. Л., Вакеев H. Ф. Высокомолек. соед., Б, 1977, т. 19, № 3, с. 218.
10. Пазухина Л. Ю., Ярышева Л. М., Сточес Р. Н., Бакеев Н. Ф., Козлов П. В. Метод определения линейной скорости роста микротрещин с построением кривых распределения при деформировании полимеров в жидких средах.— Высокомолек. соед. А, 1982, т. 24, № 8, с.
11. Волынский А. Л., Смирнов В. Д., Сточес P. Н., Герасимов В. И.,
12. Алескеров А. Г., Бакеев Н. Ф. Высокомолек. соед. А, 1976, т. 18, № 4, с. 940.
13. Волынский А. Л., Шитов Н. А., Вакеев Н. Ф. Высокомолек. соед. А, 1981, № 5,978.