При анализе процесса квазихрупкого разрушения полимеров наметились два подхода, которые можно отнести к механическому и кинетическому.

Механический подход исходит из того, что в материале, приле­гающем к вершине микротрещины при температуре выше Гхр, ког­да предел «текучести» (вынужденной высокоэластичности сы) ста­новится меньше перенапряжений в вершине микротрещииы, проис­ходят микропластические деформации, снижающие концентрацию напряжения. Часть работы разрушения твердого тела идет на мик - роплаетическую деформацию (механические потери первого вида). В связи с этим упругая энергия, идущая на разрушение твердого тела, возрастает. В этом подходе исходят из теории Гриффита и обобщают ее, вводя в формулу Гриффита вместо свободной поверх­ностной энергии а характеристическую энергию разрушения (или в дальнейшем — энергию разрушения) а% которая включает и сво­бодную поверхностную энергию, и механические потери. Под ха­рактеристической энергией разрушения а* понимается вся энергия, затрачиваемая на процесс разрушения при образовании единичной поверхности разрушения.

Уравнение Орована — Ирвина имеет следующий вид:

Это уравнение не имеет строгого обоснования, так как а* не явля­ется константой материала, а зависит от скорости роста микротре­щины и площади вновь образующихся поверхностей S при разру­шении.

Между тем уравнение (11.45) получило широкое распростране­ние и часто используется для анализа квазихрупкого разрушения.

Деформационные свойства, в том числе механические потери, являются проявлением релаксационных свойств полимеров. Влия­ние механических потерь на процесс разрушения поставило более широкую проблему о взаимосвязи релаксационных свойств (дефор­мационных) и процессов разрушения в полимерах. Эта важная про­блема находится в стадии развития как в теоретическом [10; 11.20], так и в экспериментальном плане [11.21; 11.22]. Так, замечено, что прочность испытывает на температурной зависимости скачкообраз­ные изменения при температурах у - и p-релаксационных переходов, когда изменяется молекулярная подвижность в цепях полимера. В стеклообразном состоянии существует ряд характерных темпера­тур (релаксационных переходов), в которых долговечность претер­певает изменение. Для исследования природы деформации и раз­рушения полимера в стеклообразном состоянии изучались ползу­честь, долговечность, разрывное напряжение и ширина линии ЯМР в широком температурном интервале. Установлены следующие принципиальные положения.

В полимерах под нагрузкой развиваются два физически разных кинетических процесса — деформирование и разрушение. Эти про­цессы идут с преодолением физически разных потенциальных барь­еров, а их элементарные акты протекают в разных активационных объемах.

Принципиальное различие физической природы обоих процес­сов не исключает влияния деформационных (релаксационных) свойств на процессы разрушения полимеров.

Влияние релаксационных свойств ка процесс разрушения поли­меров сказывается и на кинетике роста трещин. Это связано с тем, что в процессе микродеформации вблизи вершины трещины проис­ходит переход упругой энергии в теплоту.

Методом инфракрасной спектроскопии [61] доказано, что в зо­нах перенапряжений возникает микродеформация, являющаяся по своей природе вынужденной высокоэластической деформацией. Диссипация энергии вследстиве микродеформации наблюдалась в ряде работ. Рост трещины сопровождается при больших скоростях значительным локальным разогревом материала в отдельных слу­чаях на сотни кельвин.

Это явление объясняет экспериментально наблюдаемую ступен­чатую зависимость скорости роста трещины от ее длины в процессе разрушения [61] (кривая ABDC рис. 11.15). При малых скоростях трещины локальный разогрев практически ничтожно мал (участок АВ), в точке В и далее с увеличением скорости локальный разогрев становится заметным, а увеличение температуры в вершине трещи­ны ускоряет ее рост в соответствии с термофлуктуациопной теорией

прочности. В результате кривая отклоняется от нормального изотер­мического процесса (участок ВС) и изменяется скачкообразно (участок BD). В точке В происходит переход от изотермического режима к адиабатному.