Scan011520103309

\

¹ *

■ \& n»aL A-Wono —

216 ‘

%

MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

•*'* •

jS*

■v-r-

.» * ■'.* ' V*';

* W

.

4mw&^r'

Ś„ = c cre

Newtonowskie lepkie płynięcie jest rodzajem pełzania. Tak jak przy pełzaniu dyfuzyjnym, jego szybkość rośnie liniowo z naprężeniami i wykładniczo z temperaturą    _ • C *

L /vY § (19.3)I§

gdzie Q - energia aktywacji lepkiego płynięcia.

• <

Wyraz wykładniczy pojawia się tu z tych samych powodów, co w przypadku dyfuzji: określa on szybkość, z którą cząsteczki mogą się ślizgać względem siebie, umożliwiając płynięcie. Cząsteczki mają kształt (przedstawiony na rys. 5.9), który sprzyja ich łączeniu się. Energia aktywacji Q jest to energia wymagana do przesunięcia względem siebie sąsiednich cząsteczek. Jeśli porównamy ostatnie równanie z zależnością definiującą lepkość {dla rozciągającego odkształcenia materiałów lepkich)

(IM)

zauważymy, że lepkość wyraża się wzorem

hż>AŁ

(19.5)

3 _+eA

^łl = ~^c ),»

C    SŚ•    & £

(Czynnik 3 pojawia się, ponieważ lepkość jest określana dla odkształcenia przez ścinanie - tak jak moduł ścinania G. Dla odkształcenia rozciągającego potrzebujemy, stosowany do lepkości, odpowiednik modułu Younga E. Ze względu, że E « (8/3)G - por. rozdział 3, otrzymujemy 3?]).

Dane dotyczące wartości C i Q dla polimerów są dostępne u dostawców tych materiałów. Obliczenie temperatur formowania wtryskowego lub prasowania jest możliwe z równania (19.3).

Jednakże zakres temperatur stosowania większości polimerów jest zbliżony do 7g, tzn. do stanu, w którym nie są one ani materiałami czysto sprężystymi ani lepkimi cieczami. Są to materiały lepkosprężyste. Jeśli przedstawiamy zachowanie sprężyste przez sprężynę, a lepkie przez amortyzator, to lepko-sprężystość może być symulowana przez układ pokazany na rys. 19.7. Pod wpływem obciążenia następuje pełzanie z malejącą szybkością, ponieważ sprężyna tłumi naprężenie.

Rzeczywiste materiały polimerowe wymagają do opisu bardziej skomplikowanych układów typu sprężyna-amortyzator. Tego typu podejście do reo-logii polimerów może być rozwijane, aby zapewnić dane do projektowania. Obecnie rzadko się prowadzi takie próby, zamiast tego wykonuje się modelowanie graficzne (pokazujące rozwój pełzania w czasie t, przy naprężeniu o i temperaturze 7), które pozwala oszacować postęp odkształcenia, w czasie życia konstrukcji.

Problemy projektowania z wykorzystaniem polimerów

•eAfc

I

L

Temperatura zeszklenia polimeró\y rośnie ze wzrostem stopnia krzyżowania się łańcuchów. Polimery o dużym stopniu krzyżowania (np. epoksydowe)^ _c( -są bardziej odporne na pełzanie w temperaturze pokojowej, niż te o małym stopniu krzyżowania (np. polietylen). Lepkość polimerów, powyżej T_G, wzrasta ze wzrostem ciężaru cząsteczkowego, co również wpływa na zmniejszenie pełzania. Wreszcie polimery krystaliczne lub częściowo krystaliczne (np. polietylen o dużej gęstości) są bardziej odporne na pełzanie niż materiały typowo szkliste (np. polietylen o małej gęstości).

S/V\,

Projektowanie polimerów odpornych na pełzanie

Szybkość pełzania polimerów można zmniejszyć przez wprowadzenie do nich sproszkowanego szkła lub krzemionki, w przybliżeniu proporcjonalnie do ilości dodanego wypełniacza (zarówno PTFE na pokrycia naczyń kuchennych, jak i polipropylen, stosowany na elementy samochodowe, są wzmacniane w ten sposób). Znacznie lepszą odporność na pełzanie uzyskuje się dla kompozytów zawierających długie włókna (GFRP i CFRP), w których większość obciążenia jest przenoszona przez włókna nie ulegające pełzaniu ze względu na dużą wytrzymałość.

Literatura uzupełniająca

I. Firmie i W.R. Heller: Creep of Engineering Materials. McGraw Iiill, 1993.

Literatura uzupełniająca w języku polskim

L.A. Dobrzański: Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1993.