Влияние условий эксплуатации на прочность полимерных материалов

Изменение механических свойств пластмасс оценивается в соответствии с ГОСТ 12020 по 3-балльной шкале. Хорошей считается сопротивляемость, при которой прочность и деформируемость материала изменяются не более чем на 10 % (3 балла). Удовлетворительной считается стойкость, когда материал теряет по прочности до 15 %, а по деформируемости до 20 %. И наконец, одним баллом характеризуются пластики, утратившие более 15 % прочности и одновременно более 20 % деформируемости. Оценка полиолефинов по этому параметру при испытаниях в конкретных средах приведена в табл. 5.

Таблица 5. Механическая стойкость полиолефинов к кислотам и растворителям

Под твердостью понимают способность материала сопротивляться вдавливанию в него других тел. Твердость характеризует механические свойства поверхности. По её величине можно судить о некоторых важных свойствах пластмасс: модуле упругости, значении коэффициента Пуассона, пределе текучести и разрушающем напряжении.

Термомеханические свойства отражают деформационное поведение образца полимерного материала, нагруженного постоянным по величине напряжением, в условиях изменяющейся температуры. Полученные количественные зависимости выражаются графиками, построенными в координатах температура – деформация. Температура, изменяющаяся с определенной заданной скоростью, является аргументом, а деформация – функцией. Такие графические зависимости называются термомеханическими кривыми ТМК, а метод их получения – термомеханическим анализом. По ТМК устанавливают аморфность или кристалличность полимера, определяют температуры размягчения, стеклования, высокоэластичности, плавления и кристаллизации.

Рис. 2. ТМК частично кристаллизующихся полиолефинов

Как видно на рисунке, на ТМК частично кристаллизующихся полиолефинов полностью отсутствует плато высокоэластичности. Деформация начинается при температуре размягчения и завершается переходом в вязкотекучее, полностью аморфное состояние при температуре плавления. Если процесс вести в обратном направлении, охлаждая расплав, то при Тпл начнётся процесс кристаллизации. Поэтому Тпл адекватна температуре кристаллизации.

Химическое строение молекул определяет значение температур размягчения и плавления, скорость перехода из кристаллического состояния в аморфное. ПЭВП размягчается под нагрузкой при 70-75 °С, и расплавляется при 128 °С. ПЭНП, имеющий меньшую степень кристалличности, размягчается при 65 °С и расплавляется при 105-110 °С. Таким образом, для ПЭНП интервал ΔТ = Тпл-Тр составляет 40-45 °С, а для полимера такого же химического строения, но с более развитой надмолекулярной структурой ΔТ = 53-58 °С. Изменение химического строения полиолефина заменой одного из атомов водорода повторяющегося звена группой СН3 (ПП) приводит к возрастанию и Тр и Тпл.