Взаимодействие крейз и полос сдвига

Ранее образование крейз и сдвиговая деформация рассматривались раздельно. Однако иногда под действием напряжений в определенных условиях оба процесса происходят одновременно и возможно их взаимодействие. Взаимосвязь между ними представляется наиболее существенным моментом при обсуждении явлений стойкости материала к ударной нагрузке и к разрушению, поскольку действие одноосного растяжения во многих случаях приводит к одновременному крейзообразованию и достижению состояния текучести при сдвиге.
На рис. 6.22 представлена полная диаграмма, показывающая условия разрушения ПММА под действием двухосного напряжения. В первом квадранте критическое состояние в полимере возникает вследствие образования крейз в соответствии с предсказанием критерия предельной растягивающей деформации. Затем при напряжении, значительно меньшем, чем отвечающее достижению состояния текучести, происходит хрупкое разрушение.
В третьем квадранте под действием двухосного сжатия состояние текучести полимера достигается за счет сдвиговых Деформаций без образования крейз, что соответствует модифицированному критерию фон Мизеса. Во втором и четвертом квадрантах обе огибающие пересекаются, и, следовательно, существуют условия, при которых одновременно могут образовываться крейзы и достигаться состояние текучести под действием сдвига. Для этого должны выполняться уравнения (6.10) и (6.15), а напряжение должно быть ниже необходимого для разрушения образца. Обоснованность такого анализа была экспериментально подтверждена Стернстейном и Майерсом.

Основной смысл пересечения двух огибающих состоит в переходе от хрупкого разрушения к пластичному. Переход наблюдается в области а взаимодействия между крейзами и полосами сдвига (рис. 6.22). В этой области напряжение выше, чем необходимое для образования крейз, и немного ниже, чем необходимое для достижения предела текучести.
Зоны сдвига, которые в ПММА обычно имеют диффузный характер, оказывают влияние на процесс роста крейз, но в полистироле более вероятно образование микроскопических полос сдвига. Как было показано в работе Крамера, зоны сдвига в стеклообразных полимерах образуются задолго до достижения всем образцом состояния текучести.
Взаимодействие между крейзами и зонами сдвига может осуществляться в разных формах. В одних случаях распространяющаяся крейза натыкается на полосу сдвига и затормаживается вследствие высокой степени ориентации макромолекул в полосе. В других случаях полосы сдвига инициируются из высоконапряженной вершины крейзы, что опять-таки приводит к ее остановке. Имеются данные, подтверждающие существование обоих типов взаимодействия, однако недостаточное число систематических наблюдений привело к тому, что некоторые проблемы остаются нерешенными. Кроме того, кинетические исследования дают возможность предположить наличие связи между скоростью образования крейз и общей сегментальной релаксацией полимера: наблюдаемое уменьшение скорости во времени под нагрузкой может быть обусловлено изменениями структуры стеклообразных полимеров в результате релаксационных процессов. На взаимное расположение огибающих, соответствующих достижению состояния текучести под действием сдвиговых деформаций и образованию крейз, влияет ряд параметров, таких, как третье главное напряжение, температура, скорость деформации, окружающая среда. Каждый из этих факторов оказывает влияние на переход от хрупкого к пластическому механизму разрушения, которое может оказаться достаточным для перемещения этого перехода в другой квадрант напряжений. Гидростатическое давление повышает огибающую крейзообразования в большей степени, чем огибающую деформации сдвига: эффект увеличения объема подавляется и пластичность полимера увеличивается. Наоборот, активные жидкости снижают напряжение крейзообразования по отношению к напряжению, при котором достигается состояние текучести; вследствие этого обычно пластичные при одноосном растяжении полимеры (поликарбонат, полисульфон) становятся хрупкими. Аналогичное влияние оказывают температура и скорость деформирования; повышение температуры обычно ускоряет достижение состояния текучести сильнее, чем процесс образования крейз. В то же время при увеличении скорости деформации хрупкость возрастает.