Полимерные материалы
Без преувеличения можно сказать, что сегодня полимерные материалы применяются практически во всех областях человеческой деятельности. Такие полимерные материалы, как волокна, пленки, блочные и композиты все активнее вытесняют традиционные металлы и сплавы из таких современных областей техники как космическая, ракетная, авиационная, радиотехническая, электронная и др. Особо следует отметить конструкционные полимерные материалы, основным показателем возможности, применения которых в том или ином изделии является прочность.
В то же время наши представления о прочности и механизмах разрушения полимерных материалов все еще отстают от современных представлений, существующих в области прочности металлов и керамики, в которой достигнут наиболее значительный прогресс.
К важнейшим свойствам полимерных материалов, как известно, относится прочность. Исследование проблем прочности и разрушения полимерных материалов имеет более короткую историю по сравнению с металлами, и поэтому существует еще много нерешенных вопросов. Кроме того, если сначала для изучения полимеров были использованы методы и подходы, разработанные для металлических материалов, то позднее выяснилось, что для исследования полимеров надо применять и специальные методы, учитывающие особенности, присущие именно полимерным материалам, например вязкоупругие свойства, образование трещин серебра и т. д.
Вот почему проблемы прочности и разрушения полимеров обязательно требуют рассмотрения их микроскопической структуры.
Широкое использование современных полимерных материалов практически во всех отраслях промышленности обусловлено, прежде всего, разнообразием их механических свойств. В частности, эти материалы могут быть эластичными, как резина, и хрупкими, как стекло. В то же время такой важнейший показатель механических свойств, как прочность, у полимеров значительно ниже, чем, например, у металлов. Это обстоятельство существенно ограничивает применение полимерных материалов в качестве конструкционных. Довольно высокая прочность материалов, как известно, объясняется наличием сравнительно сильных химических (первичных) связей, тогда как в полимерах отдельные макромолекулы соединены между собой сравнительно слабыми физическими (вторичными) связями.
Однако есть и другие причины, препятствующие широкому применению полимеров в качестве конструкционных материалов:
- во-первых, сегодня мы еще очень мало знаем о физической природе прочности и разрушении полимеров;
- во-вторых, еще меньше известно о теоретических и практических методах повышения прочности полимеров;
- в-третьих, наше недостаточное знание природы прочности этих материалов связано, как это ни странно, с тем, что для многих специалистов, так или иначе занимающихся полимерами, вопросы прочности имеют второстепенное значение.
Так, химики-синтетики, создавая новые типы полимеров, редко интересуются возможными областями применения своих материалов. Материаловеды, исследуя химическую и физическую структуру полимеров, часто не знают, где эти материалы используются в промышленности. Инженеры и конструкторы, которые непосредственно занимаются применением новых полимерных материалов и изделий, тем не менее, испытывают серьезные трудности при рекомендации какого-то материала для практического использования, поскольку они недостаточно информированы именно об их прочностных свойствах. Дело в том, что в настоящее время физико-механические испытания полимеров проводятся по разным стандартам, и в различных странах они различаются весьма сильно. Это в свою очередь определяет сложность, а иногда и невозможность, сравнения прочностных характеристик и прогнозирование надежности работы полимеров в качестве конструкционных материалов.
Наконец, следует отметить, что проблемы прочности и разрушения любых материалов (не только полимерных) на самом деле очень сложны. И для решения этих проблем крайне важно иметь единый подход, который позволил бы обобщать и сравнивать результаты, полученные при различных подходах и разных расчетных и экспериментальных методиках.
