Применение термофлуктуационной теории к полимерным волокнам
Посмотрим теперь, что дает теория согласно формуле (11.40),, учитывая значение энергии активации t/o, со и Я. По данным, приведенным, в [61], в полимерах обнаруживаются субмикротрещины с /ос^Ю нм (диаметр микрофибриллы), микротрещины с /0 = 10~5Л - - У10-7 м и макротрещины (магистральные трещины)—трещины,, прорастающие в нагруженном полимере через образец. Проанализируем различные случаи. Рассмотрим вначале хрупкое разрушение капронового волокна при /0=Ю~8 м. Критическое напряжение равно 3400 МН/м2. Такая прочность в настоящее время не достигнута, но близкая к ней (2000—2300 МН/м2) получена для ориентированного полиариленимида [11.26].
При /0 = 10“7 м (микротрещина) для неориентированного капрона теория дает сгк(0) = 320 МН/м2 (для неориентированного полимера, как и прежде, Я^1,2 нм, со = 1,4-10-28 м3), а для ориентированного о'к(0)= 1100 МН/м2 (безопасное напряжение при значении свободной поверхностной энергии а = 0,1 Дж/м2 сто = 50 МН/м2). Эти значения близки к экспериментальным 250 и 1150 МН/м2.
Из формулы (11.40) видно, что увеличение прочности при ориентации происходит за счет увеличения со-1 в 6 раз и уменьшения]^ К в 1,7 раза, т. е. ожидается увеличение в 3,5 раза, тогда как, по данным [61], для капрона при 6-кратной вытяжке происходит увеличение ак(°) в 6,3 раза. Следует учесть, что при вытяжке длины микротрещин могут уменьшаться, что объясняет более высокую экспериментальную прочность.
При /0 = 10~6 м в варианте хрупкой прочности теоретическое значение ак(0) получается очень низким. В связи с этим рассмотрим вариант квазихрупкого разрушения, приняв, что Я* = 10 нм (поперечные размеры микрофибрилл или, что то же, аморфных участков). Для капрона в неориентированном состоянии сгк(0) = = 290 МН/м2, а в ориентированном— 1700 МН/м2, т. е. прочность возрастает в 6 раз, что лучше согласуется с экспериментом.