Растрескивание – это явление, при котором на поверхности материала, например, в слое глазури , образуется сеть мелких трещин . В некоторых стекловидных термопластичных полимерах растрескивание часто предшествует разрушению . Поскольку это происходит только при растягивающем напряжении, плоскость образования трещин соответствует направлению напряжения. Этот эффект заметно отличается от других типов мелкого растрескивания, поскольку область крейзинга имеет показатели преломления, отличные от показателей окружающего материала. Растрескивание происходит в областях высокого гидростатического напряжения или в областях очень локализованной текучести , что приводит к образованию взаимопроникающих микропустот и мелких фибрилл . Если приложенная растягивающая нагрузка достаточна, эти мостики удлиняются и ломаются, вызывая рост и слияние микропор; по мере слияния микропустот начинают образовываться трещины .
Растрескивание происходит в полимерах, потому что материал удерживается вместе за счет сочетания более слабых сил Ван-дер-Ваальса и более сильных ковалентных связей . Достаточное локальное напряжение преодолевает силу Ван-дер-Ваальса, образуя узкий зазор. Как только провисание основной цепи устранено, ковалентные связи, удерживающие цепь вместе, препятствуют дальнейшему расширению разрыва. Пробелы в крейзе имеют микроскопические размеры. Крайзы можно увидеть, потому что свет отражается от поверхностей зазоров. Промежутки закрыты тонкими нитями, называемыми фибриллами, которые представляют собой молекулы вытянутой основной цепи. Фибриллы имеют диаметр всего несколько нанометров , их нельзя увидеть в световой микроскоп, но можно увидеть в электронный микроскоп. [1] [2] [3]
Профиль толщины крейза подобен швейной игле: самый кончик крейза может быть тоньше нескольких атомов. По мере увеличения расстояния от кончика он имеет тенденцию постепенно утолщаться, при этом скорость увеличения уменьшается с расстоянием. Поэтому рост крейзинга имеет критическое расстояние от вершины. Угол раскрытия крейзинга составляет от 2° до 10°. Граница между крейзингом и окружающим объемным полимером очень резкая, микроструктура которого может быть уменьшена до 20 Å или меньше, что означает, что ее можно наблюдать только с помощью электронной микроскопии. [4]
Крейз отличается от трещины тем, что его нельзя ощутить на поверхности и он может продолжать выдерживать нагрузку. Более того, процесс роста крейзов перед растрескиванием поглощает энергию разрушения и эффективно увеличивает вязкость разрушения полимера. Было обнаружено, что начальное поглощение энергии на квадратный метр в зоне крейза в несколько сотен раз больше, чем в зоне без крейза, но быстро уменьшается и выравнивается. Крейзы образуются в сильно напряженных областях, связанных с царапинами, дефектами, концентрациями напряжений и молекулярными неоднородностями. Крейзы обычно распространяются перпендикулярно приложенному натяжению. Растрескивание происходит в основном в аморфных хрупких полимерах , таких как полистирол (ПС), акрил (ПММА) и поликарбонат ; типичным признаком этого является побеление пораженной области. Белый цвет обусловлен рассеянием света от крейзов.
Образование крейзинга является обратимым процессом, после приложения сжимающего напряжения или повышенной температуры (выше температуры стеклования) он может исчезнуть и материалы вернутся в оптически однородное состояние.
Полосы сдвига — это узкая область с высоким уровнем деформации сдвига из-за локального размягчения деформации; это также очень распространено при деформации термопластических материалов. Одно из основных различий между трещинами и полосами сдвига состоит в том, что образование трещин происходит с увеличением объема, чего не происходит с полосами сдвига. Это означает, что при сжатии многие из этих хрупких аморфных полимеров будут сдвигать полосы, а не растрескиваться, поскольку вместо увеличения происходит сокращение объема. Кроме того, при возникновении трещин обычно не наблюдается «сжатия» или концентрации силы в одном месте материала. Скорее, растрескивание будет происходить равномерно по всему материалу.
Частицы каучука часто используются для придания прочности термопластичным материалам. Частицы с большей податливостью, которые соответственно мягче окружающей матрицы, действуют как концентраторы напряжений. Эти области концентрированного напряжения вызывают трещины, распространяющиеся перпендикулярно направлению приложенной силы. Это описывает явление, называемое «множественным растрескиванием», которое, например, в HIPS, является источником пластичности хрупких полимерных матриц.
После модификации способность поглощения энергии будет значительно увеличена. Некоторые хрупкие пластмассы могут даже подвергаться хрупко-пластическому превращению. Ранее частицы каучука считались основным фактором увеличения поглощения энергии. Было высказано предположение, что частицы каучука могут собираться вокруг вершин трещин под напряжением и препятствовать росту трещины, или что сжатие частиц каучука вызывает снижение температуры стеклования матрицы. Тем не менее эксперименты показали, что энергия, поглощенная частицами каучука, составляет лишь 10% от общей энергии, а снижение температуры стеклования, вызванное каучуком, составило всего около 10 К, чего недостаточно для того, чтобы матрица деформировалась при комнатной температуре.
Шмитт и Бакнелл разработали механизм упрочнения резины, основанный на наличии побеления под напряжением и текучести при сдвиге, когда напряжение ниже прочности на разрушение. [5] Они предположили, что частицы каучука служат центром концентрации напряжений, следовательно, инициируют хрупко-пластическое превращение и текучесть матричного материала. Более конкретно, текучесть происходит в виде трещин или полос сдвига, которые могут потреблять большую часть энергии деформации.
В стеклообразных полимерах под воздействием окружающей среды может произойти растрескивание. Это проблематично, поскольку требует гораздо меньшего стрессового состояния и иногда происходит после длительной задержки, а это значит, что его трудно обнаружить и избежать. Например, контейнеры из ПММА при ежедневном использовании достаточно устойчивы к влажности и температуре, не имеют видимых дефектов. После машинной стирки и пребывания на воздухе в течение одного или двух дней они резко закрываются, если намокнуть джином. [ нужна цитата ] Во время процесса приложенное напряжение незначительно, но на контейнерах все еще наблюдаются трещины.
Существует множество теорий, которые пытались объяснить воздействие окружающей среды на образование трещин, среди которых широко распространены и хорошо разработаны теории снижения поверхностной энергии и пластификации. [6] Чтобы устранить образование трещин и растрескивание под воздействием окружающей среды, применяются многие методы, такие как покрытие поверхности и снижение напряжений. Однако из-за сложности воздействия окружающей среды, особенно воздействия органической среды, трудно найти общее решение и полностью устранить воздействие.
Растрескивание также наблюдается на однослойных кровельных мембранах, герметике для швов и на бетоне , когда не соблюдаются хорошие методы работы с бетоном.
Пятна – глазурный дефект глазурованной керамики . Характеризуется как паутина трещин, проникающих в глазурь, и вызвана растягивающими напряжениями, превышающими способность глазури выдержать. [7] [8] В керамике часто проводят различие между растрескиванием как случайным дефектом и « треском », когда одно и то же явление, часто сильно подчеркнутое, создается намеренно. Китайцам, в частности, нравились случайные эффекты потрескивания, и в то время как в посуде Ру это, по-видимому, было терпимым свойством большинства изделий, но не желательным, в посуде Гуань сильное потрескивание было желательным эффектом.
Крайзинг также используется как термин в одонтологии для описания мелких трещин в эмали зубов.
Корень слова Craze в английском языке, означающего «разбить, сокрушить или сломать», восходит к 1300-м годам. [9] Метафорические смыслы, знакомые сегодня, происходят от увлечения гончарным делом: слово « сумасшедший », означающее «больной или болезненный», датируется примерно 1570 годом; «душевнобольного» примерно до 1610 г. [10]
