ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Тепловое расширение анизотропных композиционных материаТеория и экспериментальные данные из "Промышленные полимерные композиционные материалы " Анализ данных, приведенных на рис. 6.10 и 6.11, показывает, что введение наполнителей оказывает существенное влияние на тепловое расширение полимеров и что коэффициент термического расширения зависит не только от объемной доли, но в значительной степени от формы и размера частиц наполнителя. Это положение наглядно иллюстрируется табл. 6.7 на примере композиционных материалов, содержащих 0,5 объемных долей паполиителя. [c.269] Сравнивая полученные данные с прямой, соответствующей простому правилу смеси, можно видеть, что для наполненного полиэтилена низкой плотности характерны относительно малые отклонения от правила смеси, тогда как для полиамида 12 и сложного полиэфира эти отклонения довольно значительны. Как уже отмечалось, правило смеси справедливо только для идеального случая, когда каждая фаза расширяется независимо от другой, что может быть характерно только для композиционных материалов на основе жидкой матрицы и твердого наполнителя. Относительно малые отклонения от правила смеси, наблюдаемые для материалов на основе полиэтилена, можно объяснить тем, что в этом случае матрица находится в высокоэластическом состоянии (выше Tg). В случае других материалов, для которых проявляются существенные отклонения от правила смеси, очевидно, что основную роль играют геометрия частиц и свойства матрицы. [c.269] Поэтому при инверсии фаз, наступающей при фрЛ 0,4—0,5, наполненные полимеры обладают очень низким термическим коэффициентом объемного расширения. [c.271] Таким образом, коэффициент Ь существенным образом зависит от Кт, причем влияние Кт значительно больше, чем это предсказывает уравнение Кернера. [c.272] ПОСТОЯННЫМ, то логично пред-положить, что этот эффект обусловлен формой, поверхностью и адгезией частиц. Изучение влияния формы частиц наполнителя (сфер, порошков, чешуек, волокон) позволило в широком интервале варьировать отношение их площади поверхности к объему. На рис. 6.15 приведена зависимость величины й/0,5 (KmlKm—1) от отношения плош,ади поверхности к объему 5/К. Отношение S/V определяли с помощью микроскопа или по воздухопроницаемости, используя классификатор мелкого помола Фишера. Форма кривых на рис. 6.15 является несколько неожиданной. Кривые проходят через максимум, наличие которого можно объяснить влиянием двух конкурирующих факторов увеличения 6/0,5 KmlKm—1) вследствие увеличения площади поверхности и снижения этой величины при более высоких значениях SjV, вероятно, вследствие агломерации частиц наполнителя. [c.273] К сожалению, имея лищь три кривых с двумя переменными величинами (площадью поверхности и агломерацией), невозможно оценить количественно многообразное влияние формы частиц наполнителя (см. рис. 6.15). [c.274] Тем не менее, уравнение (6.28) дает возможность рационально подходить к анализу объемного термического расширения изотропных материалов. Коэффициент Ь зависит от целого ряда факторов Kmj Кр, отношения S/V, дисперсности частиц, температуры и времени (последнее, вероятно, характерно только для реакто-пластов), поэтому единственное экспериментальное значение ус, определенное при фр = 0,3, позволяет легко рассчитать коэффициент Ь. Для изотропного материала ус можно легко найти, определив экспериментально коэффициент линейного расширения. [c.274] Однако на практике при отсутствии каких-либо экспериментальных данных о новой композиции значение коэффициента Ь можно определить приближенно, опираясь на приведенные выше данные и руководствуясь следующими соображениями. Во-первых, коэффициент Ь в любом случае имеет значение, лежащее между значениями, соответствующими расчетным формулам Кернера и Тернера, причем для сферического наполнителя его значение ближе к значению, соответствующему формуле Кернера, а для чешуек и волокон — Тернера (однонаправленной ориентации волокон соответствует самое низкое его значение). Во-вторых, коэффициент Ь увеличивается с ростом Кт, т. е. при матрице с более высоким объемным модулем упругости получается материал с меньшим термическим расширением. В-третьих, при расчетах величиной Кр можно пренебречь, если Кр Кт. что характерно для большинства случаев наполнения полимеров. В-четвертых, коэффициент Ь уменьшается с повышением температуры. [c.274] Влияние температуры на начальные значения ус- Термический коэффициент расширения зависит от температуры (с повышением температуры он увеличивается), и характер этой зависимости определяется природой полимера. Это положение иллюстрируется рис. 6.16 на примере трех полимеров. На этом л е рисунке показано поведение восьми образцов этих же полимеров после наполнения. В табл. 6.10 приведены значения коэффициента взаимодействия Ь, рассчитанные на основе этих данных для 303 К и 323 К. [c.274] Эти эффекты не проявляются при повторном испытании, т. е. конечный коэффициент, полученный в первом цикле испытаний, равен начальному коэффициенту второго цикла, который в дальнейшем не изменяется. Это может быть объяснено тем, что первоначальная ползучесть определяется релаксацией усадочных напряжений, возникающих в процессе отверждения, которые, будучи сжимающими, временно увеличивают взаимодействие. [c.277] Из ЭТИХ данных очевпдно полное соответствие экспериментальных (для аас) и расчетных (по уравнению Грещука) значений. Хорошо известно, что коэффициенты теплового расширения таких композиционных материалов в продольном направлении имеют низкие значения, а при объемных долях наполнителя более 0,2 ар. [c.280] Грещука для шс в обоих случаях экспериментальные кривые проходят ниже линии, соответствующей простому правилу смеси. Однако экспериментальные значения а с Для стеклопластиков значительно ниже значений шс, рассчитанных с помощью правила смеси. Это можно объяснить тем, что расширение композиционных материалов в поперечном направлении сильно затруднено и материал при фр выше определенной величины ведет себя так, как если бы он был изготовлен из непрерывной стеклянной фазы и дисперсной фазы полиэфирной смолы, т. е. в этом случае Шс = аас- Отсюда можно сделать очень интересный вывод о том, что при фр, близком к 0,4, материал, являющийся ярко выраженным анизотропным по структуре, с точки зрения теплового расширения становится практически изотропным. [c.281] Изменение аь Ог и аи в зависимости от я)) для композиционных материалов на основе полиэфирной смолы и стекловолокна при фр = 0,5 показано на рис. 6.21. В настоящее время накоплено еще очень мало экспериментальных данных о тепловом расширении композиционных материалов такого типа. [c.282] Двухосноориентированные волокнистые композиционные материалы, получаемые поперечной намоткой. В композиционных материалах, получаемых, например, поперечной намоткой, волокнистая структура является сбалансированной, т. е. следующие друг за другом слои ориентированы под углами -фи — -ф соответственно (см. рис. 18,б). В этом случае взаимное влияние двух слоев на коэффициент термического расширения можно определить, рассматривая общую зависимость напряжение — деформация для такой слоистой структуры. Выводы расчетных формул приведены в работе [13], однако экспериментальные данные о тепловом расширении таких материалов практически отсутствуют. [c.282] Вернуться к основной статье