ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Хрупкие полимеры, наполненные дисперсными частицами из "Промышленные полимерные композиционные материалы " В литературе имеется большое количество информации о механических свойствах наполненных порошками термореактивных пресс-композиций. Однако большинство этих данных часто эмпирические и работ по объяснению механизма действия дисперсных наполнителей очень мало. При растяжении или изгибе ненапол-ненные отвержденные полимеры разрушаются с малыми пластическими деформациями или вообще без них, причем относительная деформация при разрушении как правило не превышает 2—3%-При сжатии или сдвиге в них обычно проявляется предел текучести с развитием до разрушения достаточно больших пластических деформаций. Введение жестких дисперсных наполнителей в такие полимеры снижает разрушающее напряжение при растяжении и изгибе, увеличивает предел текучести при сжатии и сдвиге и повышает модуль упругости. Влияние таких наполнителей на поверхностную энергию разрушения имеет сложный характер и в отдельных случаях достигается ее резкое возрастание. В последнее время проведен ряд систематических исследований, которые и будут ниже рассмотрены подробнее. [c.70] Энергия разрушения. Поверхностная энергия разрушения и, следовательно, устойчивость к распространению трещин отвержденных эпоксидных и полиэфирных смол сравнительно малы. Обычно их ур лежит в пределах от 80 до 250 Дж/м . Введение частиц наполнителя в хрупкие полимеры препятствует росту трещин. При этом возрастание устойчивости к распространению трещин в абсолютных значениях может быть не очень большим, однако вследствие низкой поверхностной энергии разрушения ненаполненных полимеров при наполнении она может возрастать в 2—3 раза, что имеет большое практическое значение. [c.70] Этот эффект более резко выражен в случае нерегулярных частиц гидроксида алюминия в эпоксидной смоле [34]. Если ненаполнен-ная эпоксидная смола имеет поверхностную энергию разрушения, равную 90 Дж/м , то введение частиц этого наполнителя с размерами 1, 8 и 12 мкм дает максимальные значения поверхностной энергии разрушения соответственно 140, 200 и 270 Дж/м . [c.72] Подставив уравнение (2.5) в уравнение (2.1) можно видеть, что расстояние между частицами должно уменьшиться в несколько раз, чтобы поверхностная энергия разрушения существенно возросла. Более подробные расчеты Т проведены Эвансом [43], который показал, что вклад линейного натяжения зависит как от размера частиц, так и от расстояния между ними. Результаты его расчетов обобщены на рис. 2.22, на котором показаны зависимости отношения напряжений, необходимых для распространения трещины в наполненной композиции с непроницаемыми частицами Ос и в матрице От, а также линейного натяжения Т от размера частиц и расстояния между ними (го/а) для сферических частиц, где 2го — диаметр частицы (глубина препятствия в плоскости трещины) и а — расстояние между частицами. [c.76] Зависимость отношения adOm (а) н Т1 ур)тГо (б) от Гц/а. Сплошная линия — сферические частицы (w/ro=l), пунктирные линии — эллиптические с w/r0=10 (J) и w/ro=0,l (2) (здесь 2го — ширина препятствия в плоскости трещины) [43]. [c.76] Прочность. Повышение энергии разрушения хрупких полимеров при введении порошковых наполнителей непосредственно влияет на их прочность и другие свойства, связанные с прочностью, такие как ударная вязкость по Изоду или Шарпи. Введение дисперсных частиц наполнителей обычно снижает прочность хрупких полимеров, хотя теоретически этого не должно происходить. [c.78] Эванс рассчитал напряжение, необходимое для прохожде трещины размером а через множество частиц. На рис. 2.25 заны результаты его анализа данных, приведенных в работе рч,. При расстоянии между частицами большем размера самих частиц прочность полимера при наполнении не изменяется, так как частицы имеют сферическую форму и не могут служить начальными дефектами. При уменьшении расстояния между частицами до размера частиц прочность начинает повышаться в соответствии с расчетами Эванса. [c.80] Если наибольшие значения р и Со значительно превышают расстояние между частицами, вклад линейного натяжения фронта трещины в поверхностную энергию разрушения начинает в решающей степени определять прочность наполненных композиций, которую можно рассчитать, используя уравнение Гриффита. Однако это предположение не доказано экспериментально. Для доказательства необходимо независимо измерить энергию разрушения. [c.80] Ш —в дистиллированной воде — в парафине сплошная линия —на воздухе при 60%-ной относительной влажности (391. [c.81] Ударная вязкость. Ударная вязкость хрупких полимеров, наполненных дисперсными частицами, не коррелирует с данными относительно их поверхностной энергии разрушения. Так, на рис. 2.28 показана зависимость ударной вязкости по Изоду эпоксидной смолы, наполненной стеклосферами с различной поверхностной обработкой, от объемной доли наполнителя [35]. Аналогичная зависимость для поверхностной энергии разрушения этих композиций приведена на рис. 2.16. Значительное возрастание поверхностной энергии разрушения при введении наполнителя до 30% (об.) никак не коррелирует с ударной вязкостью, хотя тенденция к уменьшению ударной вязкости с увеличением доли наполнителя коррелирует с изменением площади под диаграммой напряжение-деформация при низкоскоростном изгибе (рис. 2.29). Аналогичная корреляция между зависимостями ударной вязкости и прочности при изгибе от содержания наполнителя приведена Ли и Невиллом [48]. Причины этого уже объяснялись ранее. Ударные испытания относятся к испытаниям при изгибе с высокой скоростью деформирования и ударная вязкость отражает энергию, определяемую по площади под суммарной кривой нагрузка — деформация при высокой скорости деформирования. [c.84] Вернуться к основной статье