Прочность при одновременном разрыве всех химических свя­зей вдоль поверхности разрыва относится к теоретической прочно­сти от (при О К) или к предельной прочности од при температу­рах, отличных от абсолютного нуля. Причина низкой прочности реальных материалов (техническая прочность) заключается в на­личии в них микротрещин и других слабых мест (дефектов) струк­туры. Под действием внешних или внутренних напряжений (I ро­да) возникают локальные концентрации напряжений, которые при относительно небольших нагрузках могут достигать теоретической прочности структуры.

Понятие о теоретической прочности привлекается для оценки заложенных в различных полимерах ресурсов прочности; ат рас­считывается для твердых тел с идеальной структурой, не нару­шенной никакими несовершенствами, дефектами и повреждени­ями. Теоретическая прочность как характеристика структуры твердого тела рассчитывается для простых видов напряженного состояния, например для всестороннего или одностороннего рас­тяжения или же сдвига. Теоретическая прочность характеризует максимально возможную прочность твердых тел, находящихся при достаточно низких температурах (~0 К) или подвергнутых кратковременным воздействиям, когда исключено термофлуктуа- ционное возникновение структурных дефектов. Методы расчетов теоретической прочности приведены в монографии [5].

При отличных от нуля температурах и достаточно больших временах нагружения твердое тело с идеальной структурой разру­шается при напряжениях, меньших теоретической прочности; в результате флуктуаций и действия напряжения в нем возникают структурные дефекты, снижающие прочность. Соответственно в разрушении начинает играть роль временной фактор.

Высокопрочными являются не только материалы с идеальной структурой, но и реальные материалы с микронеоднородной струк­турой, если в них отсутствуют микротрещины. Прочность такой реальной структуры ниже теоретической из-за наличия ослаблен­ных мест в структуре и внутренних напряжений (II рода). Проч­ность технических материалов, содержащих различного рода де­фекты, главным образом микротрещины, еще ниже.

Теоретическая прочность существенно зависит от структуры полимера и, в частности, от Степени молекулярной ориентации. Для предельно ориентированного полимера при малых молеку­лярных массах, когда разрушение идет не за счет разрыва хими­ческих связей, а путем относительного сдвига полимерных цепей и преодоления межмолекулярных сил, теоретическая прочность за­висит от молекулярной массы. При больших молекулярных мас­сах разрушение происходит путем разрыва полимерных цепей. Расчеты прочности последних сделаны пока для полиэтилена и капрона [5]. Для этих полимеров в предельно ориентированном состоянии теоретические прочности в направлении ориентации со­ответственно равны 3,52-104 и 3,00-104 МН/м2, а в поперечном направлении — 0,26 • 104 МН/м2 (для капрона).

Насколько высоки резервы прочности ориентированных полимеров, видно из того, что на практике наибольшая прочность, достигнутая при ориентацион­ной вытяжке капроновых волокон, равна 1—lt,5*103 МН/м2, что в 20—30 раз ниже теоретической прочности. Наибольшая прочность вдоль оси ориентации 0,36 * 104 МН/м2 получена для образцов игольчатых монокристаллов полиоксиме - тилена.

Теоретическая прочность может быть приближенно оценена различными способами [5; 19; 11.1], в частности из постоянных, входящих в уравнение долговечности ат = U0/со, где U0 — «нулевая» энергия активации разрушения; со — флуктуаци - онный объем. Другая оценка производится по известной форму­ле О р о в а н а от = хЕу где Е — модуль упругости твердого поли­мера вдоль оси растяжения, а х^0,1ч-0,2 — коэффициент. Подоб­ные оценки для неориентированных полимеров приводят к значе­ниям от порядка 1—2 -103 МН/м2, а для ориентированных полиме­ров — в 10—-20 раз большим. Что касается реальной (техниче­ской) прочности, то максимально достигнутые в настоящее время ее значения составляют 3—4 -103 МН/м2 для бездефектных стек­лянных волокон [5] и 1—2 -103 МН/м2 для высокомодульных поли­мерных волокон. Наиболее типичные значения технической проч­ности полимеров значительно ниже этих цифр.

В табл. 11.1 приведены характерные значения кратковремен­ной и длительной технической прочности некоторых важнеиших полимерных материалов.