Введение к работе
Актуальность работы. Диссертация посвящена диагностике и прогнозированию теплофизических процессов молекулярной подвижности и разрушения достаточно представительных классов макросистем - аморфных и кристаллических полимерных материалов, являющихся важными материалами химической технологии и перспективными объектами в многочисленных прикладных применениях, что представляет интерес с точки зрения фундаментальных исследований.
Теоретические и экспериментальные исследования на молекулярном уровне процессов релаксации и разрушения макросистем в сложных условиях испытаний в широком интервале приложенных напряжений и механизма взаимодействия физически и химически активных сред с напряженными полимерными материалами представляет собой актуальную задачу, которая до настоящего времени изучена недостаточно. Поэтому актуальным является теоретическое и экспериментальное исследование теплофизических процессов релаксации и разрушения аморфных и кристаллических полимеров в усложненных условиях нагружения, когда па макросистему одновременно действуют агрессивная среда и температура.
Таким образом, учитывая фундаментальный характер данных исследований весьма актуальным является получение новых знаний о процессах релаксации и разрушения макросистем.
Цель работы. Диссертация имеет целью изучение закономерностей процессов молекулярной подвижности и разрушения в макросистемах под действием физически и химически активных сред, зависящих от особенностей их структуры.
На основе последовательного исследования макросистем предусматривалось определение характеристик процессов релаксации и разрушения при различных условиях нагружения.
В методическом плане в цели работы входила на основе полученных теоретических и экспериментальных данных разработка методов прогнозирования процессов разрушения макросистем в широком интервале напряжений и температур с учетом действия физически и химически активных сред и их возможного растрескивания.
Научная новизна. Степень новизны выполненных исследований обусловлена их приоритетным характером. Это касается конкретной информации о процессах релаксации и разрушения исследованных классов макросистем. В результате проведенных исследований:
1.Предложены способы математического описания теплофизи-ческих процессов молекулярной подвижности и особенности их проявления в макросистемах разных классов.
2.Получен математический аппарат процесса теплопроводности с учетом возможных включений в макросистемы.
3.Разработана конструкция термоаналитической ячейки для изучения параметров кратковременного разрушения материалов под действием высокоскоростного нагрева.
4.Предложен способ определения температуры достижимого перегрева макросистем по уравнениям состояния. Определены теоретически и экспериментально температуры достижимых перегревов некоторых полимерных систем.
5.Разработан метод прогнозирования кратковременной прочности полимерных систем по уравнениям состояния.
6.Изучена долговечность макросистем в физически активных средах при сложных видах нагружения: совместное действие растяжения и кручения, а также изгиб.
7.Определены параметры уравнения временной зависимости прочности исследованных макросистем в физически активных средах при сложных видах нагружения.
8.Проведены теоретические и экспериментальные исследования разрушения макросистем в химически активных средах с позиций линейной механики разрушения. Показано, что для каждой пары полимер-среда существует критическое значение коэффициента интенсивности напряжений, по достижении которого начинается бурный рост трещин, образовавшихся на поверхности материала. Установлено, что величина критического значения коэффициента интенсивности напряжений практически не зависит от температуры. Увеличение концентрации агрессивных сред приводит к снижению величины критического значения коэффициента интенсивности напряжений.
9.Исследована кинетика накопления под действием химически активных сред карбонильных групп, приводящих к охрупчиванию макросистем.
10.Разработан метод прогнозирования долговечности полимер-ных систем, работающих в контакте с химическим активными средами, с учетом их растрескивания.
Практическая значимость. Работа имеет существенное прикладное значение, так как в качестве объектов исследования выбраны материалы, широко применяющиеся в химической промышленности, в машиностроении и в других сферах народного хозяйства.
Практическая значимость данной работы определяется важностью для использования при проектировании конструкций из полимерных материалов методов прогнозирования разрушения макросистем при длительном нагружении в химически активных средах и при кратковременном нагружении: в решении задач экологии: возможностью применения результатов исследований для создания новых материалов.
На защиту выносятся следующие результаты:
1.Исследования теплофизичееких процессов молекулярної! подвижности в макросистемах.
2.Исследования процессов теплопроводности в макросистемах.
З.Метод определения температуры достижимого перегрева макросистем при высокоскоростном нагреве и конструкция термоанали-гической ячейки для его реализации.
4.Метод прогнозирования кратковременной прочности полимерных систем по уравнениям состояния.
5.Экспериментальные исследования долговечности полимерных систем в физически активных средах при сложных видах пагружения.
6.Кинетика развития искусственных и естественных трещин в макросистемах под действием химически активных сред и напряжений.
7.Теоретические и экспериментальные исследования процесса химической деструкции макросистем в агрессивных средах.
8.Метод прогнозирования долговечности полимерных систем, работающих в контакте с химически активными средами.
Апробация работы
По теме диссертации опубликовано 67 работ (список основных из них приведен в конце автореферата).
Материалы диссертации докладывались на: 3-ей Всесоюзной конференции молодых исследователей и конструкторов химического машиностроения (Краснодар, 1981); в Московском доме научно-технической пропаганды на семинаре "Способы повышения эксплуатационной долговечности конструкционных полимерных материалов" (Москва, 1982); расширенном заседании Ученого Совета совместно с Советом молодых специалистов НИУИФ (Москва, 1982); 2-ом Всесоюзном научно-техническом совещании "Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии" (Сумы, 1982); Всесоюзной научно-технической конференции "Процессы и аппараты производства полимерных материалов, методы и оборудование для переработки их в изделия" (Москва, 1982); 40-ой научно-технической конференции МИХМ (Москва, 1983); школе-семинаре для работников кислотных производств (Рубежное, 1983); Всесоюзной научной конференции "Процессы и оборудование для гранулирования продуктов микробиологического синтеза" (Тамбов, 1985); конференции "Полимерные материалы в машиностроении" (Устинов, 1986); научно-технической конференции "Прогрессивные полимерные материалы, технология их переработки и применение" (Азов, 1988); Всесоюзной научно-технической конференции "Защита оборудования и изделий химического и нефтяного машиностроения от коррозии" (Пенза, 1988); Национален конгрес по теоретична и прилежна механика (Варна, 1989); Республиканской научно-технической конференции "Наука и производство: проблемы, поиски, решения" (Тбилиси, 1990); научно-технической конференции "От фундаментальных исследований - до практического внедрения" (Москва, 1993); Joint Meeting of the Russian and Japanese Section (Chernogolovka, 1993); Российской научно-технической конференции "Новые материа-
лы и технологии машиностроения" (Москва, 1993); 13 Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (Санкт-Петербург, 2000); XIУ Международной конференции по химии и химической технологии (Москва, 2000).
Структура и объем диссертации.