ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование влияния воды на механические свойства полимеров и их прочность из "Конструкционные полимеры Книга 1" Воздействие сред, в частности воды, на полимеры может приводить как к снижению, так и к повышению прочностных характеристик этих материалов. Проявление того или иного эффекта определяется физико-химическими свойствами среды и полимера, величиной и характером нагрузки, температурой и давлением среды, а также соотношением кинетики разрушения и диффузии среды. В настоящее время намечаются следующие направления исследований прочностных характеристик и процесса разрушения полимерных материалов при воздействии жидких сред [1] 1) изучение влияния поверхностных явлений, возникающих при взаимодействии среды с твердым телом 2) процессы переноса среды в объем материала и изменения при этом молекулярного взаимодействия в системе полимер — среда. [c.274] Эффект повышения прочности в начальный период воздействия сред обусловлен спонтанной ориентацией структурных элементов полимера, слабоориентированных первоначальной вытяжкой, осуществляемой во время изготовления пленок. Возникающая ориентация сохраняется после прекращения воздействия сред, что может быть объяснено релаксационной природой снятия локальных внутренних напряжений. Следующее затем падение прочности может быть вызвано превалирующим вкладом явлений дезориентации и ослаблением сил взаимодействия структурных элементов в результате увеличения микропористости. Существуют данные [4], что ориентация полимеров сопровождается разрыхлением структуры и уменьшением плотности. [c.275] Исследования многих авторов посвящены изучению водопоглощения стеклопластиков и влияния воды на их прочностные свойства. Известно, что при деформировании изделий из стеклопластиков межволоконные пространства не полностью заполняются связующим и стеклянные волокна не связываются в общую монолитную массу. Следовательно, возникает нарушение структурной сплошности стеклопластика, вследствие чего вода может проникать в материал. [c.276] Водопоглощение стеклопластиков зависит от вида полимерного связующего, стекловолокнистого наполнителя, технологии изготовления и от длительности увлажнения. По данным 7], водопоглощение после 24 час пребывания в воде W2 ) стеклопластиков на основе направленного стекловолокна и стеклоткани колеблется в пределах 0,3—1,1 % а у стеклапластиков на основе стек-ломагов величина возрастает до 3,5%. [c.277] При производстве стеклопластиков используются высокополярные связующие, обладающие повышенной сорбционной способ-иостью и влагопроницаемостью. По литературным данным [7], величина 24 феноло-фор мальдегидных смол составляет 0,1—0,25%, полиэфирных 0,2—0,45%, эпоксидных 0,2—0,3%, силиконовых 0,2—0,5%. [c.277] Исследование водопоглощения стеклопластиков на основе полиэфирных смол марок ПН-3 и МА-3 показало, что смолы поглощают воды больше, чем стеклопластики на их основе. Поглощение морской воды смолами и стеклопластиками показано на рис. 5.3, где кривые 1 и 2 относятся к смолам ПН-3 и МА-3, а кривые 3 и 4 соответствующим стекл01пластикам. [c.277] Водостойкость стеклопластиков зависит также от величины давления при прессовании. При уменьшении давления прессования в материале остается больше смолы, улучшается его водостойкость. Так, например, снижение содержания фенольного связующего с 69 до 39% повышает величину W2t в 5—8 раз 7]. Но в некоторых случаях при снижении давления получаются материалы рыхлой структуры с большим количеством дефектов, что вызывает увеличение водопроницаемости. [c.278] Водопоглощение зависит также от длительности увлажнения. Сопоставление величин водопоглощения при кратковременном увлажнении W2 и длительном (до 35000 час) показало, что Qn превосходит Й г4 7]. Так, например, для стеклотекстолита на полиэфирном связующем ПН-1 и г4 = 0,22, а С =24, для СВАМ 24 = = 0,6, Q = 2,3, для стеклопластика на основе стекломатов W2 = = 0,68, Q = 6,7. Показано также,, что наиболее интенсивное проникание воды происходит в первые 200—300 час, в дальнейшем скорость водопоглощения снижается. Это можно объяснить тем, что вначале преобладают капиллярные явления, т. е. заполнение водой пустот, незаполненных связующим. В дальнейшем поглощение воды происходит в основном путем диффузии, т. е. более медленно, чем капиллярное заполнение. Находясь на поверхности раздела стекловолокно — смола, вода ослабляет связи между ними, что снижает прочность и работоспособность материала. Кроме того, вода, попадая на стекловолокно, разрушает его (расклеивающее действие и выщелачивание) [9]. [c.278] В ряде работ показано, что воздействие воды на стеклопластики приводит к постепенному снижению их прочности, причем характер этой зависимости во времени близок к экспоненциальному. Это видно из рис. 5.4, где приведена зависимость предела прочности при растяжении Ов от времени действия воды [9] для намотанного стеклопластика на основе связующего ПН-1. Предел прочности понижается почти вдвое. Причем наиболее интенсивное изменение предела прочности происходит в первые 300 час, т. е. во время наиболее интенсивного проникания воды. Еще большая зависимость от времени действия воды обнаруживается для усталостной прочности при изгибе указанного выше стеклопластика (рис. 5.5). [c.278] МОСТЬ деформаций стеклотекстолитов от водопоглощения показана на рис. 5.7. [c.280] Деформируемость стеклотекстолитов при водопоглощении, очевидно, обусловливается набуханием полимерного связующего. Величина этой деформации в какой-то мере зависит от начальных внутренних напряжений в стеклопластиках, вызванных технологическими причинами U1]. Если образец во время увлажнения не сможет свободно удлиняться, то под влиянием влаги в нем возникают дополнительные напряжения. В незакрепленных образцах деформации, по-видимому, понижают начальные внутренние напряжения в стеклотекстолитах. [c.280] Приведенные выше данные показывают, что вода и ее пары могут оказывать существенное влияние на прочностные характеристики полимерных материалов. Это влияние определяется структурой и химической природой полимера. [c.281] Вернуться к основной статье