ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Прочность, вязкость разрушения и усталостная выносливость полимерных композиционных материалов Филлипс, Б. Харрис из "Промышленные полимерные композиционные материалы" Л/ — эпоксидные ,2 — полиэфирные 3,3 — бутгдиен-стирольные (бутон) 4,4 —иа основе полистирола п ди-винилбензола (затемненная часть — отожженное от эа-масливателя стеклянное волокно заштрихованная часть — стеклянное волокно, обработанное аппретом) [2j]. [c.44] К проблеме выявления роли границы раздела в композиционных материалах подходили с различных сторон [29] и часто получали противоречивые результаты. Так, из работ Цисмана [32, 33], в которых показано, что хорошее смачивание, например стеклянных волокон полимерной матрицей, является необходимым условием получения прочных композиционных материалов, логически следует необходимость стремления к тому, чтобы критическая поверхностная энергия наполнителя была значительно выше поверхностного натяжения жидкого связующего. Микроскопическими исследованиями [34] было показано, что монослой аппрета достаточен для достижения прочной адгезионной связи. [c.44] Очевидно, что процессы, протекающие на границе раздела полимерной матрицы и упрочняющего ее наполнителя и их механизмы очень сложны и обусловлены различными и часто противоположно действующими факторами. Поэтому весьма полезно кратко проанализировать теории, пытающиеся выявить эти основные факторы. Полный их обзор дан в работе Эриксона и Плюдемана [29]. Все теории основаны на предположении о том, что для обеспечения высокой прочности композиционных материалов необходима эффективная передача усилий на все части материала от волокна к волокну через границу раздела матрица — наполнитель. Предполагается, что при этом решающую роль играет один из следующих факторов — образование химических связей между наполнителем и матрицей, смачивание поверхности наполнителя полимерной матрицей, образование на поверхности наполнителя пластически деформируемых слоев или слоев с промежуточным значением модуля или все эти факторы действуют одновременно [29]. [c.45] Наиболее подробно исследованы процессы образования химических связей между поверхностью стекла, аппретом и полимерным связующим. Первые работы в этом направлении относятся еще к, 1947—1949 гг. [29, 45]. Основная идея этих исследований заключается в том, что аппрет имеет два типа функциональных групп, способных реагировать с силанольными группами стекла и функциональными группами полимерных связующих. [c.45] Большое число исследований посвящено анализу возможности образования аппретами легко деформируемого слоя между матрицей и наполнителем, снижающего термические напряжения, возникающие при охлаждении матрицы. Теория деформируемых слоев основана на предположении о том, что замасливатели или аппреты образуют на поверхности стекла пластически деформируемую буферную зону [46]. Однако большинство исследователей считает эти представления несостоятельными, так как количество аппрета слишком мало для образования достаточно толстого слоя, обеспечивающего проявление пластичности. Были высказаны также предположения, что аппрет может мигрировач ь с поверхности стекловолокна, изменяя активность некоторых компонентов неотвержден-ного связующего. В отвержденном состоянии структура и свойства полимерной матрицы вблизи границы раздела будут резко отличаться от ее структуры и свойств в объеме [47—48]. При этом возможно образование эластичного межфазного слоя толщиной значительно больше 10 нм, способного снижать термические напряжения. Однако известна высокая чувствительность эластичных полимеров, находящихся на стеклянной поверхности, к отслаиванию под действием влаги, поэтому предполагается, что теория легко деформируемых слоев может быть эффективно применена только для анализа сцепления жестких полимеров с гидрофобными волокнами, такими как графитовые [29]. [c.46] Так называемая теория стесненных слоев постулирует, что передача усилия от низкомодульной матрицы к высокомодульным волокнам может быть равномерной и эффективной, если между ними находится межфазный слой с промежуточным модулем упругости [49]. Поскольку экспериментально показано, что частицы наполнителя могут изменять плотность упаковки макромолекул эластичного полимера и уменьшать их подвижность, а следовательно, изменять механические свойства полимера на расстояние до 150 нм от поверхности, эти представления кажутся многообещающими. Был сделан вывод, что аппреты способны уплотнять структуру полимера на границе раздела, оставаясь химически связанными с поверхностью стекла [39]. Однако эти представления трудно увязать с релаксацией напряжений в пограничной области прп компенсации термических усадок [29]. [c.46] Предполагается, что такое поведение связано с замедлением релаксационных процессов вблизи поверхности наполнителя вследствие ограничения подвижности макромолекул полимера [51]. [c.47] При этом используется идея обратимого разрущения и образования напряженных связей с участием молекул воды и утверждается, что суммарная энергия адгезии сохраняется, несмотря на протекание процессов релаксации напряжений. [c.47] В заключение можно сказать, что важность эффектов межфазного расслаивания и отрыва в композиционных материалах очень широко обсуждается в литературе [58—61] и в последующих главах им будет уделено соответствующее внимание. Однако следует помнить, что многие аспекты проблемы граничных явлений все еще находятся на стадии исследований и существуют различные мнения по этим вопросам. Одним из таких примеров служит выявление механизма разрущения композиционных материалов, в которых межфазное расслоение играет большую роль. Некоторые исследователи оспаривают правомерность широко распространенной концепции о межслоевой сдвиговой прочности для характеристики межфазной адгезионной прочности [64—65] и предлагают использовать межфазную энергию разрушения, позволяющую исключить, наряду с другими факторами, влияние геометрической формы и размеров образцов. Сталкиваясь с этими и многими другими еще нерешенными проблемами, необходимо помнить, что межфазные явления, как бы важны они не были, это только один из многих факторов, определяющих физические, механические и прочие свойства композиционных материалов. [c.47] Индексы И, 22 относятся к параметрам при растяжении, например к напряжению и деформации вдоль и перпендикулярно оси ориентации волокон, а индексы 12 —к параметрам при сдвиге в плоскости 1, 2. [c.50] G — критические значения параметров К к G K ,G —значения Кс и Сс, относящиеся к условиям роста трещины с ее раскрытием при растяжении (индексы II и III относятся к условиям роста трещин при переднем сдвиге краев трещины в плоскости и сдвиге их в антиплоскости соответственно). [c.51] Параметры энергии разрушения. [c.51] Вернуться к основной статье