Прочность и долговечность книжных изданий зависят от многих показателей и прежде всего от прочности и долговечно сти исходных материалов, технологии и режимов их переработ ки в полуфабрикаты и готовые издания, а за пределами полиграфического предприятия — от условий хранения и эксплуатации. Подавляющая часть материалов книжной конструкции относится к классу полимеров, исключением являются лишь полиграфическая проволока, проволока для спиралей и гребенок, применяемые для скрепления книжных блоков, и некоторые неорганические вещества, входящие в состав клеевых композиций. В связи с этим основные положения теории долговечности полимеров обязательны для изучения на факультете полиграфической технологии, так как знания физической природы разрушения полимеров и факторов, определяющих срок службы книжно-журнальных изданий, весьма полезны в повседневной деятельности инженера-технолога полиграфического производства. Долговечностью полимеров называют продолжительность времени от момента нагружения до разрушения полимерного тела. Механизмом разрушения полимеров первым заинтересо вался Галилео Галилей, который установил, что разрушающая нагрузка при растяжении деревянных брусьев не зависит от их длины, но пропорциональна площади их сечения. Уже на первых этапах науки о прочности материалов, в развитие которой внесли свой вклад Р.Гук, Ш.Кулон, А.Сен-Венан, О.Мор, было установлено, что разрушение тела происходит в тот момент, когда некоторые параметры (напряжение, деформация) достигают критического значения. Однако глубинный механизм причин разрушения полимеров на молекулярном уровне был изучен лишь во второй половине XX в. Основное положение теории долговечности полимеров утверждает, что долговечность полимеров зависит от величины приложенной нагрузки (напряжения s, Па), времени ее действия t (с) и температуры Т (К) полимера. Зависимость прочности от времени действия нагрузки характерна для всех материалов, но у полимеров она ощутима уже в области температур, близких к нормальной комнатной. Многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что логарифм долговечности полимеров от напряжения при постоянной температуре убывает по линейному закону и выражается формулой (1.49) где tд — долговечность, с; s — напряжение, Па; А, a — константы при температуре Т = const. Для ряда постоянных температур Т зависимость lg tд(s) образует семейство прямых, которые при экстраполяции сходятся в полюсе на уровне lg tд @ -13. Зависимость lg tд(1/Т) для различных напряжений (рис. 1.25) также образует семейство прямых, которые при экстраполяции пересекаются на ординате в точке lg tд = -13. Наклон прямых lg tд(1/Т) позволяет вычислить значение энергии активации процесса разрушения в зависимости от напряжения, а экстраполяцией определить значение начального потенциального барьера Uo для s = 0, т.е. для случая, когда полимер не подвергался внешнему воздействию. Зависимость энергии активации от приложенного напряжения U(s) также имеет линейный характер: (1.50) где Uo — начальный потенциальный барьер, кДж/моль; g — коэффициент снижения энергии активации при возрастании напряжения, кДж/(мольЧПа). Рис. 1.25. Зависимость логарифма долговечности от абсолютной температуры полимера при различных напряжениях: s1 > s2 > s3 Таким образом, долговечность полимеров может быть вычислена по формуле академика С.Н.Журкова (1.51) где to = 10-12 ё 10-13 — период флуктуации атома, с; k = 1,38 ґ 10-23 Дж/К — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура полимера, К. Эти зависимости позволили разработать кинетическую концепцию термофлуктуационной теории разрушения полимеров, основные положения которой утверждают следующее: 1) процесс разрушения полимеров начинается с момента приложения нагрузки, а в основе его лежит накопление нарушений в молекулярной структуре, на которое и расходуется время жизни материала; 2) величина t0 имеет слабую зависимость от напряжения и температуры тела, но определить его более точно невозможно; 3) значение U0 для многих полимеров близко к энергии распада химических связей в цепных макромолекулах. Коэффициент g, определенный экспериментальным путем, лежит в пределах g = 0,12 ё 0,76 м3/кмоль = (20-128) * 10-23 см3.Формула (1.51) свидетельствует о тесной связи разрушения полимеров с тепловым движением атомов и количественно совпадает с формулой Я.И.Френкеля для среднего времени tф между двумя последовательными флуктуациями Еф, сосредоточи вающимися в каждом атоме: (1.52) где tэ @ 10-13 с — средний период собственных тепловых колебаний атома в твердых и жидких телах.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Основы теории долговечности полимеров» з дисципліни «Технологія брошуровочно-палітурних процесів»
