Внутренние напряжения в армированных системах

Многие авторы считают, что основной вклад в значение внутренних напряжений в армированных материалах, в том числе и в стеклопластиках, вносят термические напряжения [174, 180, 190]. На рис. IV.28 приведена зависимость осевых растягивающих напряжений в эпоксидном связующем от температуры отверждения [76]. Эти результаты получены на модели, представляющей собой стеклянную трубку, заполненную связующим (имитировалась система, изображенная на рис. IV.25, б). Авторы работы [191] использовали в качестве армирующего элемента проволочный тензодатчик и нашли, что термические напряжения превосходят усадочные в 1,5—3,5 раза в случае полиэфирмалеинат-ной смолы и в 10—16 раз в случае эпоксидной. Собственные напряжения в стеклопластиках в отличие от термических изучены значительно меньше, хотя роль этих напряжений также несомненна. Показано [185, 191], что на значение внутренних напряжений в стеклопластиках оказывают влияния аппреты, применяемые для обработки наполнителя. В целом можно отметить, что те факторы, которые влияют на величину собственных внутренних [c.183]

Аналогичные уравнения предложены для расчета внутренних напряжений в армированных системах [c.40]

Усадочные напряжения могут быть измерены и при непосредственном расположении тензодатчиков в связующем. По данным [66], петлевые датчики помещали между слоями стеклопластика с тканевой основой. По этому методу измерялись результирующие напряжения, перпендикулярные и параллельные оси стеклянного волокна на всех стадиях отверждения. Тарировка петлевых датчиков проводилась только в одном направлении — вдоль базы датчика. Для моделирования напряженного состояния в армированных системах применяли остеклованные тензодатчики. При применении остеклованных тензодатчиков был обнаружен ряд общих закономерностей в изменении внутренних напряжений, которые наблюдались также при использовании поляризационно-оптических методов. Было установлено, что на величину внутренних напряжений оказывает влияние толщина пленки. С увеличением толщины от 50 до 1000 мкм напряжения в полиэфирных системах возрастают более чем в 2 раза при последующем повышении толщины величина их остается неизменной. Эти данные хорошо согласуются также с результатами работ [51, 67]. Следует отметить, что величина внутренних напряжений зависит от природы поверхности применяемых тензодатчиков. Так, величина как радиальных, так и осевых напряжений на границе волокно — полимер в поли- [c.46]

Условия обработки стеклянного волокна модификатором оказывают значительное влияние на водостойкость стеклопластиков. Наибольшую водостойкость обнаруживают стеклопластики на основе стеклянного волокна, обработанного бензольными растворами модификатора оптимальной концентрации, причем максимум прочности при кипячении в воде уменьшается и смещается в сторону меньших концентраций раствора модификатора степень этого смещения зависит от способа его отмывки. При нанесении модификатора из водных растворов водостойкость стеклопластиков при оптимальной его концентрации ниже, чем в случае модифицирования из бензольных растворов. Отмывка модификатора как в воде, так и в бензоле приводит к резкому понижению внутренних напряжений в армированных системах, что связано, вероятно, с уменьшением взаимодействия на границе полимер — стеклянное волокно в результате частичного удаления модификатора с поверхности стеклянного волокна, особенно в случае преобладания физической его адсорбции из бензольных растворов. Обращает на себя внимание и тот факт, что при отмывке модификатора с поверхности стеклянного волокна не наблюдается экстремального изменения внутренних напряжений. Это свидетельствует о том, что модификатор после дополнительной отмывки его с поверхности волокна не переходит в связующее, а распределение его на поверхности стеклянного волокна становится иным по сравнению с образцами модифицированного волокна, не подвергавшегося отмывке. [c.78]

Рассмотрим вначале полимерную матрицу в ненагруженном однонаправленном композите. Такой композит обычно представляют квадратичной или гексагональной моделью. Минимальное объемное содержание полимера в плотноупакованной квадратичной структуре — около 21%, в гексагональной—13%. Армирующие волокна можно считать совершенно жесткими, так как модуль упругости применяемых неорганических волокон значительно больше модуля упругости полимера. Как уже указывалось выше (см. гл. 3 и 4), при отверждении эпоксидного полимера в ходе изготовления пластика, которое происходит обычно при повышенной температуре, объем полимера уменьшается вследствие его усадки, а вязкость быстро нарастает. До гелеобразования, пока полимер способен к течению, его объем может уменьшаться за счет уменьщения объема всей системы или образования пор. После гелеобразования течение полимера невозможно, и происходит деформация всей системы. Однако при этом деформация полимера ограничена волокнами, что приводит к появлению в полимере внутренних напряжений. Так как армированные пластики, как правило, содержат большое количество наполнителя, то можно считать, что он образует жесткий скелет, препятствующий деформации полимера, т. е. связующее подвергается всестороннему растяжению. Объемная деформация при этом может составлять несколько процентов (см. гл. 4). Таким образом, уже в ненагруженном состоянии эпоксидная матрица должна выдерживать значительные механические деформации без разрушения и нарушения адгезии на границе с волокном. Как показали микроскопические исследования [27—33], эпоксидные смолы значительно лучше других связующих выдерживают подобные условия. [c.209]

Как видно из изложенного, вопросы, связанные с возникновением внутренних напряжений, изучены в основном применительно к армированным пластикам и покрытиям, но совершенно ясно, что они возникают и при наполнении полимеров дисперсными наполнителями. Однако в этом случае их определение и оценка вклада в механические свойства сильно затруднены. Очень интересна развитая в работе [346] методика, согласно которой метод квадруполь-ного ядерного резананса используется для определения внутренних напряжений, развивающихся в смолах при их отверждении. Этим методом были исследованы внутренние напряжения, возникающие при отверждении эпоксидной смолы, в которую было введено более 25% двуокиси меди. Полученные результаты показали возможность применения предложенной методики. Однако в дальнейшем она не получила распространения. Это связано, очевидно, с тем, что на практике трудно создать условия, при которых не происходило бы взаимодействия частиц вводимых соединений со смолами. Кроме того, даже при отсутствии взаимодействия из-за наличия границы раздела фаз в системе возникают напряжения, отличающиеся от тех, которые возникли бы при таких же условиях отверждения в блоке в отсутствие посторонних частиц. Этот метод, очевидно, мог бы быть применен для определения напряжений только в таких наполненных системах, в которых наполнитель содержит в своем составе достаточное количество атомов, ядра которых могут проявлять квадрупольный резонанс. Более перспективным является метод оценки внутренних напряжений на основании рентгенографических исследований наполненных полимеров, содержащих кристаллический наполнитель, по сдвигу интерференционных линий на рентгенограммах [347]. [c.182]

В общем, за редким исключением, в стеклопластиках, слоистых пластиках и других подобных системах рост внутренних напряжений вызывает снижение адгезии связующего к наполнителю. Поскольку между адгезией связующего к наполнителю и прочностными свойствами этих систем имеется самая непосредственная связь (см. гл. VIII), повышение внутренних напряжений в стеклопластиках, а также в других армированных материалах снижает их прочностные характеристики, понижает их долговечность и стабильность. [c.184]

В самом общем виде внутренние напряжения являются мерой незавершенности релаксационных процессов и зависят от числа, природы и характера распределения локальных связей в системе. Для полимерных систем незавершенность релаксационных процессов обычно обусловлена неравномерным распределением локальных связей в системе. Это может быть вызвано неодинаковой скоростью удаления растворителя (жидкой фазы) по толщине и площади материала, различной скоростью и глубиной полимеризации отдельных слоев, наличием градиента температуры, разностью коэффициентов линейного расширения и незавершенной усадкой отдельных слоев материала. В связи с этим внутренние напряжения могут возникать в блочных образцах, наполненных и армированных пластхмассах, полимерных покрытиях и клеевых слоях, а также в дублированных, комбинированных и нетканых материалах различного назначения. [c.37]

Приведенные выше уравнения не отражают действительного сложного напряженного сотояния, возникающего в наполненных и армированных системах [58—60]. Они не учитывают также существенного влияния на величину и характер распределения внутренних напряжений прочности адгезионного взаимодействия на границе полимер — наполнитель, в зависимости от которой с увеличением концентрации наполнителя внутренние напряжения могут возрастать, резко понижаться или оставаться неизменными. [c.40]

Было установлено [174], что внутренние напряжения и другие физико-механические характеристики армированных полиэфирных покрытий зависят от природы пленкообразующего, прочности взаимодействия на границе полимер-волокнистый наполнитель, концентрации и характера распределения связей на границе раздела фаз, химического состава, структуры волокна и способа распределения армирующего материала, а также условий формирования. Наибольшие внутренние напряжения возникают в армированных системах на основе термореактивных олигомеров, полимеризующихся с образованием сетчатой структуры. [c.174]

Из приведенных данных видно, что в армированных стеклянным холстом ВВ и наполненных покрытиях при введении модификатора в оптимальном количестве прочность покрытий при растяжении возрастает незначительно, в то время как в неармированных наполненных покры--тиях этот показатель возрастает в 1,5-2 раза. Это объясняется, вероятно, тем, что прочность при растяжении армированных стеклянным холстом покрытий в значительной мере определяется прочностью при растяжении холста. Максимальная прочность при растяжении армированных полиэфирных покрытий, содержащих модифицированный наполнитель, наблюдается при уменьшении внутренних напряжений (при оптимальной концентрации модификатора в системе) в 1,5 раза. При дальнейшем увеличении концентрации модификатора в композиции прочность взаимодействия между частицами наполнителя и связующим значительно снижается, что приводит не только к уменьшению внутренних напряжений, но и к улучшению всех физико-механических свойств. [c.180]

Это приводит к тому, что в системе армированных полимербетонов или полимерных составов, нанесенных на металл или на цементный бетон, при значительных температурных перепадах могут возникать большие внутренние напряжения. В отдельных случаях мы наблюдали отслоения покрытий или трещины в армополимербетоне. Более того, было высказано предположение [7], что даже в неармированном полимербетоне при температурных перепадах могут возникать большие напряжения между зернами заполнителей (к. т. р.= (10- 12) 10 ) и смолой (к. т. р. = (50 60) 10-6). [c.13]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология