Рассмотрим теперь прочностные характеристики тех же эласто­меров.

, ДЧлговечность. Известно, что временная зависимость проч­ности эластомеров подчиняется степенному закону (12.3), где тд — долговечность при заданных растягивающих истинных напряжени­ях а= const; U — энергия активации процесса разрушения. При за­данной температуре уравнение (12.3) принимает вид степенного закона (12.2).

1 В логарифмических координатах степенной закон (12.2) запи­шутся так:

' lg! t4 = lg£0 —61ga. (12.9)

Рис. 12.7. Зависимости времен релаксации различных релаксационных про­цессов от времени для эластомера СКС-30:

1 — 2—-Я2-; 3 — ^з-процессы релаксации, 4 — б-процесс химической релаксации в синь

том эластомере

Рис. 12.8. Зависимость логарифма вязкости эластомера СКС-30 от темпера­туры при различных напряжениях сдвига (несшитый эластомер):

1 —•0,4* 10—1 МПа; 2-0,75-10-1; 3 — 0,88-10-1; 4 — 0,10; 5 — 0,115 МПа

Из рис. 12.9 видно, что экспериментальные данные в логариф­мических координатах действительно ложатся на прямые. Постоян­ная Ь, найденная из наклона прямых, не зависит от температуры и для СКС-30 равна 3,4 для сшитого и 2,7 для несшитого эластоме­ра. В случае СКМС-10 — 3,2 для сшитого и 2,6 для несшитого (табл. 12.1).

Энергия активации определена для этих же образцов из накло­на прямых в координатах Igwi Т~г (рис. 12.10) и равна 56,0 кДж/моль для сшитого и 55,0 кДж/моль несшитого СКС-30. Такое же совпадение (в пределах точности измерения ±2,0 кДж/ моль) с энергией активации релаксационных процессов наблюдает­ся и для СКМС-10, энергия активации процесса разрушения кото-

рого равна 52,0 кДж/моль для сшитого и 51,0 кДж/ моль для несшитого. Отсюда следует, чтд кинетика процесса раз/ рушения эластомера опре­деляется главным обра­зом не разрывом химичес­ких связей, происходящим на последнем этапе мйк - рорасслоения, а процес­сами вязкоупругости в местах концентрации на­пряжения (в очагах раз­рушения). Таким обра­зом, вклад релаксацион­ных процессов в кинетику процесса разрушения является опреде­ляющим в отличие от хрупкого разрушения, где основной вклад в кинетику разрушения дают термофлуктуационные разрывы хими­ческих связей полимерных цепей.

Рис. 12.9. Зависимости долговечностей тд, с, эластомера СКС-30 от напряже­ния растяжения а, МН/м2, для несшитого (1,2) и сшитого (3, 4) эластомеров при температурах 60° С (/, 3) и 120° С (2, 4)

Рис. 12.10. Зависимости долговечностей сшитого (/, 3) и несшитого (2) эла­стомеров СКС-30 от температуры при напряжениях растяжения:

Т-0,9; 2 — 0,5; 3 — 2,0 МН/м2

Разрывное напряжение. С помощью критерия Бейли можно на основании уравнения долговечности (12.2) или (12.3) рассчитать прочностные характеристики при других режимах де­формации. Распространенным в практике эластомеров является режим постоянной скорости деформации растяжения к = de/dt, осу­ществляемый на разрывных машинах. Применение критерия Бейли приводит (см. [9, гл. 7]) к следующему уравнению для истинного разрывного напряжения:

ор=Avllm ехр [U l(mkT)].

< Как видно, это урав­нение согласуется со сте­пенным законом (12.6), рднее найденным из экс­периментальных данных.

В уравнении (12.10) имеем т= + Ь, где 6 — коцстанта, входящая в уравнение долговечности

(12.3) ; U — энергия акти­вации процесса разруше­ния; постоянная А =

= (mCE)Vm, где с — постоянная в уравнении (12.3); E = E(v) — модуль высокой эластичности. Строго говоря, Е зависит от скорос­ти деформации растяжения эластомера, однако изменение модуля в пределах скоростей деформации от 10-5 до 103 с-1 несущественно (для сшитых эластомеров — меньше двух /раз). Если вернуться к данным, приведенным на рис. 11.4, то температурная зависимость прочности сГэл=!ор при Т>ТС в соответствии с уравнением (12.10) имеет экспоненциальный характер.

Рис. 12.11 Рис. 12.12

Рис. 12.11. Зависимость разрывного (истинного, рассчитанного на действи­тельное поперечное сечение образца) напряжения а, МН/м2, сшитых (/, 2, 3) и несшитого (4) эластомера СКС-30 от скорости о, м/с, деформации растяжения при 20° С ()—1%; 2 — 2%; 3 — 3%; 4— 0% содержания серы в вулканизатах)

Рис. 12.12. Зависимости истинной разрывной прочности а, МН/м2, сшитого (2%) эластомера СКС-30 (серия А) и несшитого (серия Б) от температуры при различных скоростях деформации растяжения: 1 — 0,34; 2 — 0,2; 3 —

0,34* 10-1; 4 — 0,3-10“2 с-1

Согласно табл. 12.1, для сшитых эластомеров СКС-30 6 = 3,4 или т = 4,4 и для несшитых 6 = 2,7 или т=3,7. Но значения m можно найти независимо из опытов по разрывной прочности из на­клона прямых в координатах lgap; Igv (см. рис. 12.11).

Как видно, для сшитых эластомеров с содержанием серы 1, 2, 3% постоянная т практически не зависит от содержания серы и равна 4,4. Следовательно, значения т, найденные из долговечности и разрывной прочности, совпадают. Для несшитого эластомера т = 3,7, причем постоянная в том и другом случае не зависит от температуры (20°—120° С).

Из уравнения (12.10) следует, что в координатах lg ар; Т~1 дан­ные должны ложиться на прямые, что и подтверждается в широком температурном интервале (рис. 12.12), соответствующем высокоэла­стическому плато эластомера. Прямолинейные участки наблюдают­ся при всех скоростях растяжения и с одинаковым наклоном, равным 0,63-103 К-1 для сшитого и 0,75ДО3 К-1 для несшитого эластомера СКС-30. В соответствии с уравнением (12.10) эти значения должны быть равны СУ/ (2, 3 mk). Отсюда по уже известному значению пг можно вычислить энергию активации. Последняя для несшитых и сшитых эластомеров СКС-30 составляет 54,5 кДж/моль, в то время как значения m соответственно равны 3,7 и 4,4 (см. табл. 12.1)). Од­на из причин сходства механизмов разрушения у несшитых и сши­тых эластомеров, вероятно, лежит в существовании у несшитых эла­стомеров физических узлов-микроблоков. Иначе говоря, несшитый эластомер может рассматриваться аналогично химически сшитому эластомеру. Коэффициент m и энергия активации по долговечности и разрывной прочности были получены для эластомера СКМС-10, данные о котором приведены в табл. 12.2.