Модули упругости наполненных полимеров

Модули упругости наполненных полимеров [c.226]

Введение частиц жесткого наполнителя приводит к повышению модуля упругости наполненной композиции по сравнению с модулем исходного полимера. Так на рис. 2.24 показано возрастание модуля упругости с увеличением объемной доли жесткого наполнителя и прочности связи его с матрицей. Более подробно этот вопрос рассматривается в следующей главе. Так как и поверхностная энергия разрушения, и модуль упругости хрупких полимеров возрастают при введении дисперсных частиц наполнителя, следовало ожидать увеличения прочности наполненных композиций. Одна- [c.78]

Согласно всем приведенным выше теоретическим уравнениям, модуль упругости наполненных композиций не зависит от размеров частиц наполнителей. Однако экспериментально наблюдается увеличение модуля упругости (или вязкости суспензии) с уменьшением размеров частиц [19, 26]. Причины такого различия между теориями и экспериментом могут быть следующими 1) с уменьшением размера частиц их суммарная поверхность при заданной объемной доле возрастает если свойства полимера на границе раздела изменяются, например в результате действия адсорбционных сил, то свойства композиции должны изменяться в зависимо- [c.228]

Существуют также другие эффекты, способные вызывать отклонения расчетных значений модулей упругости наполненных композиций от экспериментальных. Ниже аморфных или Тя кристаллических полимеров следует ожидать, что относительный модуль упругости композиции практически не должен зависеть от температуры или может незначительно уменьшаться с по- [c.234]

Таким образом, если это уравнение применимо, можно сэкономить много времени при оценке ползучести наполненных полимеров, измеряя только модули упругости наполненного и нена-полненного полимеров и ползучесть ненаполненного полимера. Из этого уравнения следует, что наполнитель не изменяет свойства самого полимера, например не изменяет распределение времен запаздывания полимера. На рис. 7.15 приведена кривая ползучести полиэтилена, наполненного каолином, которая хорошо согласуется с уравнением (7 31) [67]. Уравнение (7.31) характеризует вертикальный сдвиг кривой податливости на величину EJE [120]. [c.243]

В табл. 21 сопоставляются модули упругости при растяжении двух наполненных систем из эластомера ЕРОМ, вулканизованных серой и перекисью соответственно. В процессе изготовления 1% (от веса полимера) каждого указанного в таблице силана вводился на мельнице с двумя барабанами во время добавления наполнителя. Свойства определялись стандартными методами (полные [c.168]

По величине модуля упругости при растяжении наполненных эластомеров можно сделать вывод о том, что обработка О-силаном различных наполнителей дает аналогичный эффект, в то время как данные о прочности на разрыв свидетельствуют о различной чувствительности наполнителей к силану. Так, в случае двуокиси кремния, получено максимальное улучшение свойств глины ведут себя различно, а взаимодействие силана с двуокисью титана неожиданно привело к значительному росту прочности на разрыв. Влияние же силана на карбонат кальция оказалось незначительным, и свойства системы с этим наполнителем близки к свойствам ненаполненного полимера, обработанного П-силаном. [c.172]

Важными характеристиками термопластов являются их плотность, химическая стойкость, тепло- и износостойкость, ударная прочность, влагопоглощение, усадка при формовании, режим формования, реологические свойства и т. д. На свойства наполненных углепластиков оказывают влияние прочность, модуль упругости, электропроводность, коэффициент теплового расширения, теплопроводность, износостойкость и другие свойства углеродных волокон. На рис. 3. 1 для ряда полимеров приведены значения прочности, модуля упругости при изгибе и ударной вязкости (по [c.61]

Важно помнить, что не всегда наполнитель вводится для увеличения прочности полимеров. Прочность просто легко определяется и поэтому ею чаще всего пользуются для характеристики эффекта наполнения, хотя это не всегда правильно. Часто более важными показателями являются модуль упругости, предел текучести, деформация при разрушении и другие. При выборе наполнителя для композиционных материалов, используемых в строительстве, необходимо учитывать его стойкость к длительному воздействию света, химических реагентов, тепла, а также его воздействие на человека. [c.369]

Поведение при течении суспензий твердых частиц в жидкостях имеет важное значение для наполненных полимеров по крайней мере по двум причинам большинство методов переработки композиционных материалов включают процессы течения суспензий твердых частиц в жидких связующих или расплавах полимеров большинство теорий расчета модулей упругости композиций основаны на теории вязкости суспензий. [c.222]

Жесткие наполнители уменьшают упругую и вязкую компоненты ползучести полимеров при отсутствии отслаивания их от наполнителя. Часто уменьшение относительной податливости при ползучести наполненных полимеров равно обратной величине относительного модуля упругости этой же композиции, определенного из диаграмм напряжение—деформация или динамическими механическими методами [67, 120] [c.243]

Из рис. 7.19 видно, что антиадгезионная обработка поверхности наполнителя резко увеличивает показатели механических потерь наполненной композиции [135]. Этот эффект может быть объяснен увеличением коэффициента трения полимер—наполнитель. Пример того, что причиной повышения показателя механических потерь и уменьшения модуля упругости может служить образование частицами наполнителя агрегатов, приведен на рис. 7.20 [491. [c.247]

Жесткие наполнители обычно повышают теплостойкость поли> меров [164—168]. Этот эффект связан главным образом с увеличением модуля упругости и уменьшением ползучести при повышенной температуре наполненных композиций, а не с изменением Т(. полимера. Влияние модуля упругости полимерных материалов на их теплостойкость обсуждалось в гл. 6. Введение жестких наполнителей может приводить к повышению теплостойкости на 10—20 °С и даже больше, причем для кристаллических полимеров с эластичной аморфной фазой и эластомеров это повышение более резкое, чем для стеклообразных полимеров. [c.251]

Полимер, наполненный водорастворимой солью (Фа = 0,3) имеет относительный модуль (З/Ох = 2,42. Композицию поместили в воду на длительное время для удаления соли, так что на месте частиц соли образовались пустоты. Если частицы соли имели форму, близкую к сферической, чему равен относительный модуль упругости полимера после экстракции соли Коэффициент Пуассона полимера равен 0,5, а модуль упругости соли в 10 раз больше, чем полимера. [c.256]

Полимеры, наполненные чешуйками, во многих отношениях подобны ленточным композициям. К наполнителям с типичными чешуйчатыми частицами относятся слюда, каолин, графит, стеклянные чешуйки, алюминиевые чешуйки (алюминиевая пудра) и дибор ид алюминия. В большинстве методов переработки полимеров, наполненных чешуйками, наполнитель ориентируется в той или иной степени в плоскости чешуек и полимеры ведут себя подобно ориентированным в плоскости материалам. Полимеры с плоскостной ориентацией чешуек обладают пониженной проницаемостью для газов и жидкостей [95—100]. Это обусловлено увеличением пути диффундирующих молекул при огибании непроницаемых чешуек. Чешуйчатые композиции обладают также высокой устойчивостью к проколу острыми предметами [101] и необычайно высоким модулем упругости по сравнению с другими полимерными композициями с дискретными частицами [100, 102—107]. Модуль упругости при растяжении, измеренный в любом направлении в плоскости ориентации чешуек, а также модули упругости при сдвиге близки к значениям, предсказываемым простым правилом смешения. Были сделаны попытки теоретического расчета модулей упругости чешуйчатых композиций в зависимости от отношения диаметра чешуек к толщине и других факторов [108, 109]. [c.286]

С70 ) 0. Влияние амплитуды деформации или напряжения при динамических испытаниях в наполненных композициях проявляется более резко, чем в ненаполненных полимерах [143— 145]. При низких амплитудных значениях напряжения или деформации динамические механические свойства практически не зависят от них. Однако при более высоких амплитудных значениях модуль упругости наполненных полимеров уменьшается, а механические потери возрастают. Причинами этого могут быть следуюгцие эффекты 1) разрушение адгезионной связи полимер— наполнитель 2) концентрация напряжений вокруг частиц наполнителя, вызывающая образование большого числа микротрещин в материале 3) разрушение агрегатов частиц. [c.249]

Свойства эластомеров, наполненных двуокисью кремния, значительно улучшаются при введении 1 —1,2% (от массы полимера) Н-силана в процессе размола (табл. 26). Так, модуль упругости при растяжении композита увеличивается на 150—300%, остаточная деформация снижается на 30—40%, а сопротивление истиранию (по Пико) возрастает на 55—70%. Таким образом, с помощью силановых аппретов можно повысить механические свойства, которые характерны для композитов, содержащих несажевые наполнители. Такие композиты используют для изготовления целого ряда транспортных средств и механизмов. [c.175]

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]

Наибольшее количество пластиков, армированных короткими волокнами и выпускаемых промышленностью, содержат стеклянные волокна. Основными достоинствами этих волокон являются низкая стоимость, простота получения и переработки, а также высокая прочность при условии осторожного обращения с ними после вытяжки, хотя, конечно, процессы рубки волокон и формирования изделий из наполненных композиций сопровождаются частичным разрушением волокон. Асбестовое волокно является ближайшим конкурентом стеклянного волокна, поскольку оно также дешево и помимо высокой прочности обладает более высоким, чем стеклянные волокна, модулем упругости. Асбестовые волокна значительно тоньше и короче, чем стеклянные, и поэтому с ними труднее работать, хотя разработаны специальные методы их переработки и промышленностью выпускаются полимеры, армированные асбестовыми волокнами — асбопластики. Рубленые углеродные и борные волокна хотя и обеспечивают потенциально более высокую прочность и жесткость материала на их основе, достигается это за счет более высокой стоимости, и поэтому они пока не могут составить серьезную конкуренцию стеклянным и асбестовым волокнам. Нитевидные монокристаллы (усы), например из АЬОз, SisNU, Si , обладают наибольшей прочностью, однако они слишком дороги и с ними слишком трудно работать, чтобы их можно было использовать в промышленных масштабах. [c.90]

Расчеты вязкоупругих свойств гетерогенных композиций явно или неявно основаны на аналогии в анализе упругости и вязкоупругости, так что для нахождения эффективных расчетных уравнений вязкоупругих свойств необходимо рассмотреть возможности расчета упругих свойств гетерогенных композиций. Расчет модулей упругости изотропных сред по свойствам образующих их фаз является очень старой проблемой, подробный обзор которой дан в работах [2—7] на примерах бинарных композиций, чаще всего полимеров, наполненных твердыми частицами. Хотя за эти годы появилось большое число различных выражений для модулей упругости гетерогенных композиций, все они основаны всего на двух теоретических подходах— вариационном анализе, определяющем граничные (предельные) значения упругих констант, и нахождении конкретных значений этих констант по данным о конкретном напряженном или деформированном состоянии одной из фаз. Для изотропных гетерогенных композиций наиболее обобщенные выражения для предельных значений упругих констант получены Паулем [8] и Хашиным со Штрикманом [9]1 Учитывая морфологические особенности гетерогенных композиций, в частности используя схему набора сфер, Хашин получил более узкие [c.151]

Рис. 6.14. Зависимость объемного модуля упругости от коэффициента з взаимодействия Ь для различных полимеров, наполненных стеклосферами ". диаметром 158 мкм (см. обозначения

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]

При наполнении полиамидов и полипропилена стеклянными волокнами повьшается прочность при растяжении обоих термопластов. Особенно сильно повышается модуль при ползучести у полипропилена, наполненного стеклянными и асбестовыми волокнами, Стеклянное волокно заметно повышает модуль упругости и ударную прочность полиамидов. При наполнении значительно увеличивается теплостойкость обоих типов полимеров. [c.431]

Влияние степени кристалличности на температурную заниси-мость модуля упругости полимеров схематично показано на рис. 2.6. Эффект густоты узлов и роль наполнения проявляются до Гпл, которая несколько возрастает с увеличением степени кристалличности. Выше Тпл материал ведет себя как обычный аморфный полимер. [c.45]

Уравнение Муни применимо для описания модуля упругости при сдвиге каучуков, наполненных жесткими частицами любой формы [19]. Однако для жесткой матрицы уравнение Муни дает резко завышенные результаты. Причинами этого являются отклонение коэффициента Пуассона матрицы от 0,5, наличие термических напряжений, снижающих эффективный модуль упругости композиций и малое различие в модулях упругости матрицы и наполнителя. Для полимеров, содержащих частицы, близкие к сферическим с любым значением модуля упругости, модуль упругости композиции может быть рассчитан по уравнению Кернера [20] или аналогичному уравнению Хашина [21 ] при условии прочного сцепления между фазами. Для некоторых случаев уравнение Кернера может быть значительно упрощено. [c.226]

Жесткие наполнители часто обусловливают появление предела текучести в эластомерах или пластичных полимерах. В этих случаях пластичность связана с эффектом образования микротрещин или отслаивания полимера от наполнителя при разрушении адгезионной связи между ними и сопровождается резким уменьшением модуля упругости композиции. При этом происходит образование пустот И расширение образца. Появление предела текучести в полиуретановом эластомере при высокой степени наполнения частицами КаС1 четко видно (рис. 7.11) (кривая 4). Увеличение объема наполненных каучуков наряду с резким отклонением кривой напряжение—деформация от теоретической для эластомеров показано на рис. 7.13 [71]. Пластичность или отслаивание полимера от наполнителя в наполненных композициях зависят от величины поверхности наполнителя и должны быть функцией Фр. Разработана теория [70], предсказывающая следующее уравнение для предела текучести композиции при условии, что до образования трещины критических размеров и разрушения [c.237]

Поведение наполненных композиций при ползучести можно прогнозировать, если отсутствует отслаивание полимера от наполнителя, по относительному модулю упругости композиции и поведению при ползучести ненаполненного полимера. При отслаивании полимера от частиц наполнителя скорость ползуйести резко возрастает. Некоторые наполнители, особенно если они легко агрегируются, резко увеличивают механические потери. Такие композиции могут быть использованы в качестве материалов, гасящих вибрации и звук. Наполнители обычно повышают теплостойкость полимеров. Этот эффект обусловлен главным образом возрастанием модуля, а не полимера. [c.255]

Каучук наполнен сферическими частицами. Модуль упругости каучука Ох = 1 МПа, наполнителя— 10 МПа. При понижении температуры ниже Тс каучука модуль упругости ненапол-ненного полимера равен 10 МПа, а коэффициент Пуассона изменяется от 0,5 до 0,35. Чему равен относительный модуль композиции 0/0X выше и ниже при Ф3 = 0,3 и Ф , = 1,0 [c.257]

Введение волокон в полимерную матрицу резко уменьшает ее ползучесть [69, 70]. В первом приближении ползучесть композиции но сравнению с ненаиолненным полимером уменьшается во столько раз, во сколько при наполнении возрастает модуль упругости [c.276]

Одним из важнейших положительных эффектов армирования полимеров волокнистыми наполнителями являетея повышение их теплоетойкости. Это подтверждается данными, приведенными на стр. 274 и 275 [33] и на рис. 8.7 [271. Обычно теплостойкость кристаллических полимеров с эластичной аморфной фазой возрастает более резко, чем аморфных стеклообразных полимеров [701. В криеталличееких полимерах она приближается к Тпл, а в аморфных стеклообразных полимерах она только немного превышает их Т . Связь теплостойкости наполненных композиций е модулем упругости и его температурной зависимостью обсуждалась в гл. 6. Возрастание теплостойкости аморфных полимеров при введении жестких наполнителей является кажущимся, обусловленным уменьшением скорости ползучести из-за возрастания модуля упругости, а не из-за повышения полимеров. При температуре выше Тс рост вязкости композиций является решающим фактором в увеличении их деформационной устойчивости, следовательно, с возрастанием молекулярной массы и прочности адгезионных связей на границе полимер—наполнитель должна возрастать теплостойкость наполненных аморфных полимеров. Повышение теплостойкости кристаллических полимеров при наполнении связано главным образом с возрастанием их модуля упругости. [c.278]

Сравнить зависимость модуля упругости при сдвиге О полимера, наполненного стеклянными сферами, и продольно-трансверсального модуля сдвига однонаправленного стеклопластика на основе этого же полимера от объемных долей напол- [c.289]

Комплексная податливость 20 Комплексный модуль упругости 19, 20 наполненных полимеров 248, 249 Композиционные материалы 221 сл. Консистентность 100 Концентраторы напряжения 174, 175 Коэффициент [c.307]

Оптимальная степень наполнения стеклянным волокном для большинства термопластов составляет 25—30 вес.%. При степени наполнения более 30 вес. % вязкость расплава полимера резко возрастает, волокно измельчается в процессе формования изделий, тонкая пленка полимера не выдерживает напряжений, обусловленных различием в термоупругих свойствах матрицы и наполнителя. Все это приводит к ухудшению свойств наполйенного пластика. Исключением являются лишь полиамиды, что можно объяснить сравнительно низким их молекулярным весом, а, следовательно, и низкой вязкостью расплава, благоприятной для равномерного распределения валокон по объему термопласта без их разрушения. В полиамидах, наполненных стеклянным волокном, монотонно увеличиваются показатели прочности (в 3 раза) и модуль упругости (почти в 8 раз) вплоть до степени наполнения 50 вес. %. Показатели свойств стеклонаполпенных термопластов с различной степенью наполнения приведены в таблице У.2 и на рис. V. —У.4 [1, с. 414 2-8]. [c.189]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...