· теплостійкість за Мартенсом, що визначає температуру пластичної деформації при дії навантаження 4,9 МПа;

· теплостійкість за ASM D , що визначає температуру пластичної деформації при 1,8 або при 0,45 МПа;

· теплостійкість за Віка, що визначає цю ж температуру при 0,49 МПа.

Повною характеристикою теплостійкости полімерів є температурний інтервал працездатности полімерів, визначений як геометричні максимуми релаксаційних кривих. Геометричні максимуми разом з факторним простором обмежують інтервал напруги і температур, в якому полімер або композит є працездатним протягом певного часу. Величина напруги, що виникає внаслідок теплового розширення затиснутого зразка полімеру, у міру зростання температури збільшується до певної межі, а потім падає в результаті прискорення релаксаційних процесів і за температури склування стає рівна нулю. Надаючи зразку різних початкових деформацій, можна одержати серію таких релаксаційних кривих, кожна з яких має максимум (рис. 1.1) [3].

Рис. 1.1. Температурний інтервал працездатности ароматичного

поліаміду

Геометричні максимуми обмежують інтервал напруги і температури, в якому полімерний матеріал залишається працездатним і зберігає теплостійкість. При невеликій швидкости нагріву, наприклад 0,025 К/с, крива, що обмежує інтервал працездатности, трохи відрізняється від кривої, яка призначена для релаксаційного процесу, що триває 300 с і більше. Тому визначення релаксації напруги в полімерах (табл. 1.1) є єдиним випробуванням, що оцінює здатність матеріалу чинити опір дії навантаженню протягом тривалого часу.

Певною мірою на теплостійкість пластмас впливає введення наповнювачів [4]. Проте їх дія для різних полімерів неоднакова. Так, вміст 40% скловолокна в поліфеніленсульфіді підвищує деформаційну теплостійкість від 408 до 530 К, а в полісульфоні така ж кількість цього наповнювача збільшує цей показник всього лише на 6 К. Введенням хаотично розташованого вуглецевого волокна із тканини ТГН-2М в ароматичний поліамід можна підвищити модуль пружности і міцність полімеру, тоді як введення графіту знижує ці властивости [3].

Таблиця 1.1

Релаксація напруги в термопластах (навантага 17,2 МПа) [3]

Тип термопластів | Вміст скловолокна,

% | Зниження вихідної

напруги %, за 15 год

296К | 422К

Кополімер із

хлортрифлуоретиленом | 20 | 21 | 38

Поліаімідоімід– | 2 | 8

Поліарилсульфон– | 11 | 16

Полісульфон | 40 | 14–

Різке збільшення коефіцієнта тертя деталей, що труться, з підвищенням температури, і особливо якщо матеріали працюють в режимі термоударів, може привести до заїдання поверхонь, що труться. Тому така температура може бути не пов’язана з температурою склування або з температурою, за якої швидкість релаксаційних процесів велика. Проте для жорстколанцюгових ненаповнених термопластів за температур вище за температуру склування спостерігається різке збільшення коефіцієнта тертя. Тому працездатність матеріалів визначається температурним інтервалом, в якому швидкість релаксаційних процесів мало залежить від температури. Верхня температура працездатности матеріалу завжди знаходиться на декілька десятків градусів нижче за його температуру склування Tс [3].

Температура, за якої полімер втрачає антифрикційні властивости, визначається як фрикційна теплостійкість. Оцінка фрикційної теплостійкости проводиться за зміною коефіцієнта тертя на термотрибограмах [3]. Наприклад, для жорстколанцюгового поліаміду фенілон зменшення коефіцієнта тертя за температури 551–553 К, а для наповненого 15% графітованого волокна підвищення коефіцієнта тертя за температури 581–597 К обмежують верхній температурний інтервал працездатности полімеру при питомому навантаженні Р=1,0 МПа і швидкости ковзання V = 0,3 м/с [2,3]. Для полімерів і їх композитів, що володіють псевдотекучістю під навантаженням, такі зміни в інтервалі температур топлення або склування (590-610 К) менш виражені. Більш чутливим параметром в цій ділянці температур є інтенсивність зносу, що різко зростає із збільшенням швидкости ковзання. Слід врахувати, що при малих навантаженнях і низьких швидкостях, при терті без мастила і при важчих режимах тертя в мастилі фрикційна теплостійкість близька до деформаційної теплостійкости. З підвищенням рх–фактора фрикційна теплостійкість значно знижується. Узагальненою характеристикою фрикційної теплостійкости є рхТ–фактор [3].

Для оцінки періоду працездатности крихких полімерних матеріалів використовують рівняння Журкова [3]:

(1.17)

де ф0 – передекспоненціальний множник;

U0 – початкова енергія активації процесу руйнування;

г – структурно-чутливий параметр;

у – постійна напруга;

R – універсальна ґазова стала.

Гаустон пропонує два методи оцінки практичної теплостійкости пластмас. У першому визначається температура, при якій після 100 тис. год. старіння показники матеріалу зменшуються в 2–5 рази, а в другому – визначається деформаційна теплостійкість за вигином зразків.

Важким випробуванням є визначення межи міцности при підвищених температурах. Залежність міцности від температури сильно відрізняється для полімерів з аморфною і кристалічною структурою. У кристалічних полімерах спостерігається різке зменшення міцности в інтервалі температур, за яких відбувається топлення кристалітів, тоді як аморфні полімери поступово втрачають міцність.

Таблиця 1.2

Межа міцности при розриві термостійких полімерів за підвищених температур [3]

Тип термопластів | Температура тривалої

eксплуатації, K | Деформаційна теплостійкість

при навантазі 1,81 МПа | Температура

склування, K | Міцність за

293 К | Міцність за підвищеної

температури,МПа

Кополімер етилену із

хлортрифлуоретиленом | 422 | 350 | 513 | 48 | 6(422К)

Кополімер етилену із тетрафторетиленом | 423 | 347 | 545 | 44 | 14(505)

Поліамідоімід | 483 | 547 | 551 | 285 | 49(533К)

поліарисульфон | 458 | 547 | 559 | 90 | 31(533К)

поліестерсульфон | 448 | 476 | 501 | 157 | 34(450К)

Поліімід | 533 | >533 | 361 | 118 | 37(452К)

полісульфон | 423 | 447 | 463 | 118 | 15(422К)

За значеннями деформаційної теплостійкости досліджених фторопластів (табл. 1.2) видно, що їх не можна використовувати за високих температур [3,2]. У більшости випадків за температур, що