Наполненные полимеры разрушение

Рис. 7.12. Расчетные кривые зависимости отношения удлинения при разрыве наполненных полимеров к удлинению ненаполненных (8/ о) от концентрации наполнителя при условии хорошей адгезии между компонентами с образованием при разрушении гладкой (/) и шероховатой (2) поверхности.

Характер разрушения наполненных полимеров может быть изменен поверхностной обработкой наполнителя. При этом изменяется адгезионное взаимодействие полимер—наполнитель и природа границы раздела [59, 74—82]. Ряд аппретов, особенно крем-нийорганических, используемых для поверхностной обработки минеральных наполнителей, способны реагировать с функциональными группами как полимера, так и наполнителя, что резко увеличивает адгезию между ними. Такая обработка наполнителей приводит к возрастанию разрывной прочности наполненных композиций. Особенно резко повышается при обработке поверхности наполнителей прочность композиций после выдержки в воде. Композиции с необработанным наполнителем могут иметь достаточно высокую прочность в сухом состоянии, однако после выдержки в воде их прочность резко падает, вероятнее всего из-за разрушения адгезионной связи при адсорбции воды на границе раздела полимер—наполнитель. Некоторые данные о влиянии кремнийорганических аппретов на механические свойства поли- [c.238]

Влияние модификации поверхности наполнителя на изменение прочности наполненных полимеров во влажной среде. Практически все полимеры поглощают влагу из воздуха. В пластике, обладающем способностью отдавать и поглощать влагу, могут возникнуть большие внутренние напряжения. Проникновение влаги внутрь образца и ее удаление происходит медленно. В эксплуатационных условиях оба эти процесса протекают попеременно, что приводит к неравномерному изменению линейных размеров, появлению внутренних напряжений, короблению и разрушению изделия. [c.146]

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]

Предложено несколько различных механизмов поглощения энергии за счет микромеханических процессов, протекающих при разрушении композиций, наполненных дисперсными частицами, для объяснения влияния наполнения на поверхностную энергию разрушения хрупких полимеров. Очевидно, что комбинация этих процессов определяет энергию разрушения любой заданной композиции, причем одни процессы более важны в одном случае, другие— в другом. В общем случае можно выделить следующие эффекты, обусловливающие повышение энергии разрушения хрупких полимеров при введении дисперсных частиц [c.73]

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]

Введение дисперсных наполнителей в термопласты с высокой энергией разрушения практически всегда приводит к ее снижению. Способность таких термопластов поглощать большое количество энергии в процессе разрушения обусловлена в первую очередь развитием пластических сдвиговых деформаций или образованием микротрещин. Например, полиамиды обладают удельной поверхностной энергией разрушения от 10 до Ю Дж/м , тогда как хрупкие стеклообразные полимеры типа отвержденных эпоксидных смол — около 10 Дж/м . Дисперсные наполнители вводят в термопласты с высокой энергией разрушения для снижения их стоимости, повышения жесткости и прочности при сжатии и улучшения их технологических характеристик при переработке. При этом их прочность при растяжении и ударная вязкость снижаются вследствие уменьшения доли полимера в наполненной композиции. [c.84]

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]

Используемые в промышленности полимерные материалы в большинстве своем являются композиционными, хотя часто они и не рассматриваются как таковые. Примерами могут служить полимер-полимерные композиции типа АБС-пластиков, пенопласты, наполненные поливинилхлоридные композиции, используемые в производстве плиток для полов или для электроизоляции, наполненные каучуки, термореактивные смолы, содержащие различные типы наполнителей, и т. п. Существует много причин, обусловливающих преимущества гетерогенных полимерных композиций по сравнению с гомогенными полимерами. Важнейшими среди них можно назвать следующие 1) повышенная жесткость, прочность и стабильность размеров 2) повышенная работа разрушения и ударная прочность 3) повышенная теплостойкость 4) повышенные механические потери 5) пониженная газо- и паропроницаемость 6) регулируемые электрические свойства 7) пониженная стоимость. [c.221]

Типичные примеры влияния жестких частиц наполнителей на диаграммы напряжение—деформация приведены на рис. 7.11 [68]. Уменьшение относительного удлинения при разрыве полимера при введении частиц жесткого наполнителя обусловлено тем, что фактическое удлинение полимерной матрицы значительно больше, чем измеренное удлинение образца композиции [69] (рис. 7.12). Хотя образец состоит из матрицы и наполнителя, основную часть удлинения обеспечивает полимерная матрица. Конечная величина удлинения определяется конкретным механизмом разрушения. Теория этого явления довольно сложна и не разработана в настоящее время. Однако довольно простые модели дают возможность качественно, а часто и количественно объяснить экспериментальные результаты. При наличии прочной адгезионной связи между фазами и прохождении трещины при разрушении от частицы к частице с образованием шероховатой поверхности разрушения следующее уравнение довольно точно может предсказать удлинение при разрыве наполненной композиции [52, 69] [c.236]

В первом случае благодаря высокой адгезии связующего к наполнителю в работе материала при растяжении принимает участие и наполнитель. При этом, если длина волокон наполнителя такова, что сумма сил адгезии превышает когезию волокна, разрушение образца сопровождается разрушением и связующего, и наполнителя. В результате наблюдается резкое повышение прочностных свойств наполненных пластмасс по сравнению с простыми ненаполненными полимерами. [c.14]

Разрушение твердого тела включает три стадии — инициирова-ппе субкрптической трещины, ее медленный стабильный рост до критических размеров и, наконец, ее быстрое нестабильное распространение. Необязательно, что при разрушении проявляются все стадии. Например, общепризнано, что при разрушении стекол критические дефекты уже существуют в виде поверхностных трещин,, и кратковременная прочность стекол определяется только третьей стадией. В пластичных металлах, в кото Л)1х трещины инициируются накоплением дислокаций, разрушение проходит через все три стадии. Хрупкие густосетчатые полимеры, такие как отвержденные эпоксидные и полиэфирные смолы, по характеру разрушения ближе к минеральным стеклам, чем к пластичным металлам. Поэтому вероятно, хотя и не на все сто процентов, что их прочность определяется, как и прочность минеральных стекол, напряжением, необходимым для распространения уже существующих дефектов. Размеры этих дефектов можно грубо оценить по уравнению Гриффита. Типичные значения разрушающего напряжения для этих полимеров составляют примерно 100 МН/м , модуля Юнга — 3 гH/м , поверхностной энергии 150 Дж/м Расчеты по уравнению 2.1 дают размеры дефектов порядка 30—40 мкм. В наполненных полимерах существуют три возможных типа этих дефектов — дефекты, присущие структуре матрицы, размером Со, частицы наполнителя размером р и расстояние между частицами а. Если частицы наполнителя по размерам превосходят структурные дефекты матрицы и, особенно, если частицы имеют нерегулярную форму, то они могут стать наиболее опасными дефектами наполненных композиций. Если наибольшие значения Со и р меньше расстояния между частицами, то трещина может расти в матрице, преодолевая только ее поверхностную энергию разрушения, до величины, равной а, а затем трещина должна расти, преодолевая и [c.79]

Это привело к разработке антифрикционных полимерных композиционных материалов для получения подшипников, которые смазываются только 1 раз при сборке и не требуют дальнейшей смазки. Использование полимерных композиционных ]материалов вместо ненаполыенных полимеров обусловлено низким сопротивлением их ползучести. Применением смазок можно повысить ресурс работы подшипников на основе наполненных полимеров даже при жестких условиях эксплуатации, тогда как низкая несущая способность ненаполненных полимеров ограничивает их применение даже при хороших антифрикционных свойствах. Так, подшипники, изготовленные из полиамидов и сополимеров формальдегида и работающие со смазкой, обладают хорошими эксплуатационными свойствами, но вследствие низкого сопротивления ползучести предельно допустимая нагрузка не превышает 2—5 Ш/м . Поэтому при эксплуатации подшипников из ненаполненных полимеров велика опасность аварийной ситуации вследствие их разрушения при ползучести. Высокие коэффициенты термического расширения ограничивают возможности применения подшипников из ненаполненных полимеров при жестких режимах работы. [c.236]

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]

Ввиду анизотропности и плохой теплопроводности наполненных пластмасс (особенно содержащих волокнистые наполнители) необходимо соблюдать определенные правила при их эксплуатации и механической обработке — применять охлаждающие смазки, пользоваться специальным инструментом и т. п. При обработке и эксплуатации деталей из слоистых пластиков нельзя прилагать нагрузки в сторону, способствующую расслаиванию или сдвигу листового наполнителя и т. д. Под влиянием длительных механических нагрузок в статических или динамических условиях происходит усталостное разрушение пластмасс. На усталостную прочность пластмасс (так же как и на другие их свойства) сильное влияние оказывают химическое строение полимера, природа и вид наполнителя и их количественное соотношение. Постоянно действующие (статические) нагрузки вызывают ползучесть пластмассовых деталей наиболее явно она проявляется у термообратимых пластиков (оргстекло и другие термопласты). В наименьшей степени ползучесть проявляется у стеклотекстолнтов, полученных с участием полимерных связующих термонеобратимого типа. [c.390]

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]

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]

Для наполнения ПФО использовали стеклосферы, необработанные и обработанные кремнийорганическим аппретом для увеличения адгезионного взаимодействия полимера с наполнителем. При увеличении адгезии значительно повышается верхний предел пластичности при растяжении (рис. 2.31) и практически не изменяется энергия разрушения (рис. 2.32). И обработанные, и не обработанные стеклосферы уменьшают энергию разрушения с увеличением их объемной доли. Хотя обработка поверхности наполнителя мало сказывается на энергии разрушения наполненного ПФО, повышение адгезионной прочности снижает энергию разрушения, что проявляется в изменении топографии поверхности. Аналогичный эффект наблюдали при наполнении полиамидов 6 и 66 необработанными стеклосферами [51]. Полиамид 66 обладает большей адгезией к стеклу по сравнению с полиамидом 6, поэтому при [c.86]

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]

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]

В последние годы для защиты металлов от коррозионно-механических разрушений получают распространение металлополимерные покрытия, принципиальное отличие которых от полимерных покрытий, наполненных металлическими порошками, заключается в том, что частицы ме талла не вносятся в полимер в готовом виде, а формируются непосредственно в среде полимера. Коллоидные частицы металла., имеющие в момент образования активные центры на поверхности, хемосорбционно взаимодействуют с полярными группами полимера. При этом формируются двухфазные агрегативно устойчивые системы с максимально равномерным распределением высокодисперсиых частиц металла в объеме полимера [5], [c.16]

Дия наполненных полимерных материалов характерно разрушение по границе полимер-наполнитель. Это разрушение аналогично мезыфисталлитной коррозии металлов. [c.70]

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]

Вполне допустимо, что новые поры возникают на наиболее слабых участках молекулярной структуры связующего, например в зонах разреженной сшивки, где даже не слишком высокие температуры могут привести к статистически рассеянным локальным перегревам, вызывающим термодеструкцию. Характерными процессами в начальной стадии термодеструкции является, по-види-мому, перетекание по микроканалам выделяющихся в массе связующего газообразных продуктов деструкции в первичные поры, межслоевые каверны и расширение их под действием увеличивающегося давления. Термическое расширение материала, а также повышение давления газов в порах увеличивают местные напряжения и создают предпосылки для растрескивания материала. Большую роль в этом процессе играют термическиенапряжения, вызванные различием коэффициентов температурного расширения стекловолокон и связующего. Эти напряжения, по-видимому, интенсифицируют процесс разрушения связующего и его деструкции, что проявляется в увеличении скорости убыли вещества в наполненных материалах по сравнению со скоростью убыли вещества в ненаполненных полимерах того же химического состава. [c.98]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...