Диссертация (Пластическое разрушение полиэтиленовых труб с различными сроками эксплуатации), страница 2

Впервые для оценки характера пластическогоразрушения в полиэтиленовых трубах предложено и обосновано применениепоказателя естественная кратность вытяжки (ЕКВ). Было установлено, что зонапластического разрушения при гидравлических испытаниях труб формируется с7сохранением значений естественной кратности вытяжки, которые наблюдаютсяпри одноосном растяжении.Впервые установлено, что при переходе материала в зону естественнойкратности вытяжки формируется скачок деформации. ЕКВ и скачок деформациипредложено использовать для оценки сохранения работоспособности материала встенке трубы.На основании анализа зоны пластического разрушения сшитого полиэтиленапоказано, что формирование зоны пластического разрушения происходит в двестадии: на первой стадии происходит переход первичного материала образца изобъёма в поверхность, на второй стадии – вторичный переход уже перешедшего напервой стадии материала в поверхность.

При этом геометрия зоны пластическогоразрушения, на первой стадии и на второй, характеризуется различнымивеличинами ЕКВ2.При изучении трубных марок полиэтилена с диапазоном вязкостей от 0,12 до0,59 г/10мин, установлено, что показатель ЕКВ существенно изменяется припереходе от одной марке сополимеров этилена к другой, что характеризуетразличную способность трубных марок к пластическому разрушению.Прианализеизмененийотношения«поверхностькобъёму»,характеризующих пластическое разрушение, для широкого круга трубныхматериалов показано, что можно использовать отношение «поверхности к объёму»,нормированное по минимальному отношению поверхности к объёму для шара.Максимальнымотношением«поверхностькобъёму»припереходекпластическому разрушению обладает сополимер, выпускаемый фирмой Basell,CRP100 [15], зарекомендовавший себя, как трубная марка с высокимиэксплуатационными свойствами.

В то же время модификация этой марки,обеспечивающая повышенную стойкость к растрескиванию (CRP100 RC),характеризуется нормированным отношением поверхность к объёму существенноменьшей величины [15, 16].Практическаязначимость.Результатыработыиспользованыпривыполнении работ по договору «Исследование физико-химических свойств8полиэтилена действующих распределительных газопроводов» с ОАО «ГазпромПромгаз».Для этого разработана методика определения параметров, характеризующихзону пластического разрушения, таких как: протяжённость зоны, распределениевытяжки по площади зоны пластического разрушения, величина остаточнойдеформации в зоне, не вошедшей в зону пластического разрушения.

Методикиопределения этих параметров изложены в разработанном стандарте организации73011750-012-2014«Пластмассы.Методопределенияпараметровзоныпластического разрушения полимерных труб» [12].По результатам работы зарегистрирована заявка на патент РФ №2017118240 от 25.05.2017 «Способ оценки состояния полимерной трубы».Апробация работы. Основные материалы, представленные в диссертации,доложены на Международной научно-технической конференции «Полимерныекомпозиты и трибология» в 2015г.

и в 2017г. (Поликомтриб-2015, Поликомтриб2017), Гомель, Республика Беларусь.Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей, в том числе 6 вжурналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в зарубежном журнале, 1 в публикацияхРоспатент.Структура и объём работы. Диссертация изложена на 121 странице исостоит из 11 разделов: введение; глава, посвящённая литературному обзору; глава,посвящённая объектам и методам; 4 главы, излагающих результаты и ихобсуждение; заключение, выводы, список литературы из 125 наименований,приложений. Работа содержит 86 рисунков, 14 таблиц.9ГЛАВА 1.

Литературный обзорРазрушение – это процесс образования новой поверхности, в результате телоделится на две или несколько частей [17, 18]. В случае хрупкого разрушения вновьобразовавшаяся поверхность минимальна.При анализе процессов разрушения большое внимание было уделеносоотношению между теоретической прочностью матиерала и фактическимзначением.ОсновныесхемыбылипредложеныГриффитсом,которыйпроанлизировал различия между теоретическими и наблюдаемыми значениямипрочности и приписал разницу между ними наличию дефектов в испытуемыхобразцах[19].Применительнокразрушениюэластомероввопросбылпроанализирован Г.М.

Бартеневым и И.В. Разумовской [20], которые высказалипредположение о том, что упругая система становится неустойчивой всоответствии с критерием Гриффитса, когда у кончика неустойчивой трещиныдостигается предельное напряжение равное теоретической прочности. Ривлин иТомас [21, 22] подчеркнули, что при испытании эластомеров применим критерийнеустойчивости Гриффитса [22], однако при этом должна быть использованавидоизменённая схема теоретического анализа процесса разрушения. С.Н.Журковым и его школой была отмечена временная зависимоть процессаразрушения, а также природа процессов разрыва химических связей ивозникновения при этом свободных ракдикалов [23, 24, 25].Исследование школы С.Н. Журкова чётко выявили температурную ивременную завиисмоти прочности материала.

А. Петерлин при проверке работыС.Н. Журкова нашёл с помощью электронного парамагнитного резонанса, что вполимерном волокне рвется примерно в 100 раз больше цепей, чем приходится наединицу поверхности [26]. Л. Трелоар выполнил анализ и теоретическоеистолкование упругого поведения эластомеров [27]. Аналогия температурной и10временной зависимости деформационных характеристик была подробно изученаДж.

Ферри [28] и Р. Ланделом [29]. Ф. Бюхе проанализировал возможностиобобщения температурной зависимости прочности [30]. Наряду с изучениемпрочности в условиях простого ратяжения много внимания было уделенопроцессам раздира, например Х. Гринсмит и А. Томас [31, 32] отметиливозможность использования энергии раздира для анализа структуры и рабочихсвойств композиций из сшитых эластомеров [31, 33, 34].Анализ деформативности и прочности блочных полимеров, находящихся взастеклованом или кристаллическом состоянии, подробно проанализирован Х.Марком и А.

Тобольским [35], Т. Алфреем [36] и Дж. Берри [37], при этом показано,что энергии распространения трещин могут быть существенно ниже расчётныхзначений [37, 38, 39, 40, 41]. Временная и температурная зависимости линейныхвязкоупругих свойств многих каучукоподобных полимеров взаимосвязаны.Используя зависящий от температуры фактор сдвига и сдвигая кривые зависимостимодуля от времени (в логарифмических координатах) вдоль оси времени, можнодобиться смещения данных, полученных при различных временах и температурах,что даёт обобщённую кривую, которая представляет зависимость от времени приоднойтемпературеврасширенноминтервалевремён[41].Нарядустемпературновременной аналогией было отмечено влияние наполнителей наизменение механизма разрушения, когда вершина трещины достигает поверхностираздела и входит с ней в контакт, возможно уменьшение упругой энергии,накопленной в области первичных трещин.

Это способствует уменьшениюлокальной энергии репятствует дальнейшеему росту трещины [42].Поскольку любая деформация твёрдого тела сопровождаетя изменениемплощади его поверхности, в то время как объём деформируемого полимера можетоставться постоянным, важно анализировать соотношение поверхности и объёма[43]. Особенно ярко изменение отношения поверхности к объёму меняется приобразовании шейки.

В [44] отмечено, что деформация полимера ниже еготемпературы стеклования сопровождается возникновением и развитием шейки.Характер увеличения поверхности при деформировании подробно анализировался11по методике «твёрдое покрытие на податливом основании» [45, 46, 47], чтопозволяет оценить регулярную фрагментацию поверхности и регулярныймикрорельеф. Отдельные характеристики микрорельефа поверхности часто независят от свойств нижележащей подложки [48]. Кроме рельефа проанализорованпроцесс тепловыделения при растяжении и усадке полимеров [49], при этомпоказано, что эффекты тепловыделения и теплопоглощения при исследованиипрямого и обратного процесса деформации не совпадают, что возможно связано сориентационной кристаллизацией. Одновременно в [50] отмечено, что «холодная»кристаллизация ПЭТФ существенно облегчается, если полимер приобретаетмолекулярную ориентацию. Кроме ориентационной кристаллизации возможнотакже влияние структуры полимеров, например в [51] отмечено, что натуральныйкаучук неоднороден и содержит золь- и гель-фракции одновременно.

Связьструктуры и свойств химических волокон подробно проанализирована К.Е.Перепёлкиным [52, 53, 54, 55, 56]. Необходимо отметить такие явления, каксамоудлинение при отжиге ориентированного ПЭТФ. В частности, было показано,что [57] аморфный ПЭТФ, вытянутый ниже Тс по механизму классическогокрейзинга в адсорбционно-активной жидкой среде, показывает значительноесамоудлинение при отжиге. К этой же группе необычных явлений можно отнестии аномальное поведение полипропилена при низких температурах, обнаруженноев работах В.А. Каргина и Г.П. Андриановой [58, 59].

Наряду с образованиемкрейзов при деформации некоторыхполимеров просходит и аутогезия(самослипание), описанное в [60]. В [61] изучен процесс уширения крейзов –типичныйактивационныйпроцесспластической,неупругойдеформацииполимера. В случае анализа механического поведения смесей полимеров адгезияпроявляется в формировании межфазного слоя, как показано в [62].В последнее время приобрели развитие методики, связанные с механическимнагужением в активных средах [63, 64, 65, 66].В работе [67] была сделана количественная оценка величины внутреннейэнергии, которую может накапливать полимер исключительно за счёт развитиямежфазной поверхности, которая возникает за счёт его деформации путём развития12в нём полос сдвига и/или крейзов.