Адгезия композиционных материалов

В течение последнего столетия научились совмещать разные материалы в одном, объединяющем свойства исходных компонентов. Чрезвычайно важным открытием явилось обнаружение того факта, что композиционный материал, как правило, не простая комбинация составных компонентов. Оказалось, что он обладает своими собственными, только ему присущими свойствами. Эти свойства можно регулировать путем изменения адгезии между матрицей и наполнителем, количественным соотношением между компонентами, заменой одного наполнителя другим. Большое значение для достижения заданных свойств композиционных материалов имеют форма и размеры частиц наполнителя. Принципы, заложенные в методах получения композиционных материалов, [c.392]

В закономерностях изменения свойств композиционных материалов много аналогий со структурообразованием в суспензиях. Адгезия между наполнителем и матрицей—главное условие для получения композиционного материала. Отсутствие адгезии приводит к тому варианту, который использовался в древние времена каждый компонент в системе выступает как самостоятельный материал. Адгезия способствует уплотнению матрицы благодаря образованию более плотных поверхностных слоев на межфазных границах. Она обеспечивает передачу нагрузок от одной фазы к другой, вследствие чего нагрузка распределяется между обеими фазами. [c.393]

Фазовые переходы и связанные с ними критические явления являют собой яркие примеры единства и универсальности законов природы. Современная теория фазовых переходов является не только достоянием физики конденсированного состояния, Методы теории фазовых переходов все чаще применяются в различных областях естествознания, технических и даже в гуманитарных науках. Объединяют явления адгезии и фазовых переходов межфазные процессы массопереноса и межфазные взаимодействия. Особо велико значение теории фазовых переходов и адгезии для технологии получения композиционных и полимерных материалов с заданными свойствами. К сожалению, в большинстве образовательных и специальных курсов по физики и химии полимеров, а также теоретических основ технологии композиционных материа юв, волокон и полимеров, адгезии и фазовым переходам не уделяется должное внимание. Цель данного материала ознакомить учащихся и специалистов с основами теории. Поэтому в разделах 1 и 3 приведен обзор современных теорий. В части 2 и 4 приведены результаты, полученные авторами. [c.4]

Прочность асфальтобетона на растяжение, сдвиг и т.п. как композиционного материала во многом определяется свойствами вяжущего, которое обеспечивает упругую фиксацию минеральных частиц друг относительно друга, и качеством сцепления вяжущего с поверхностью зерен каменного материала (адгезией). [c.123]

Высокие критерии работоспособности подшипников скольжения, сформированных из композиционного материала МПК (см. табл. П1.1), обеспечиваются хорошей адгезией пирографита к металлическому пористому каркасу, что повышает прочность кар- [c.84]

Все перечисленные эффекты усиления являются чисто механическими, связанными с заменой части объема полимера частицами наполнителя (или сеткой наполнителя) с хорошей адгезией на поверхности раздела. В принципе, вполне достаточна резкая граница раздела (при условии, что хорошая адгезия определяется адсорбцией ближайших атомов матрицы на субстрате). В таком случае соблюдение аддитивного соотношения для модуля упругости означает, что наполнитель не влияет на высокоэластические свойства матрицы и что релаксационные свойства композиционного материала эквивалентны свойствам в массе матрицы (при условии, что наполнитель очень жесткий, характеризующийся низким уровнем механических потерь). С другой стороны, многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что наличие частиц наполнителя в действительности изменяет свойства полимерной матрицы, по крайней мере ее части, находящейся предположительно в окрестности частиц наполнителя. Эффекты такого типа давно были известны для наполнителей с высокой удельной поверхностью, которые влияют по крайней мере на тонкий слой матрицы в результате адсорбции, затекания в неровности поверхности и т.д. Однако не всегда легко понять, что подобные эффекты могут наблюдаться при использовании наполнителей с низкой удельной поверхностью (например, частиц диаметром 30 мкм) действительно, справедливость выводов такого типа до сих пор остается под вопросом [1003]. [c.373]

Отсутствие адгезии между фазами. Если в композиционном материале между двумя фазами отсутствует адгезия, то при ут>Ур и отсутствии в пограничном слое остаточных деформаций сжатия матрица при нагревании будет расширяться независимо от частиц наполнителя. В этом случае с = Ут и не зависит от состава композиционного материала. На рис. 6.6 этому случаю соответствует отрезок прямой ЛВ. Этот отрезок, который можно принять за базовую линию при сравнении теплового расширения композиционных материалов, заканчивается в точке, соответствующей объемной доле наполнителя, при которой полимер перестает быть непрерывной фазой. [c.255]

Для полной адгезии, в предположении, что все волокна рвутся одновременно, можно себе представить следующий механизм разрушения. При разрушении волокон происходит внезапное освобождение поверхностной энергии, которая и обусловливает быстрое распространение трещины через матрицу. В этом случае прочность композиционного материала выражается уравнением [c.81]

Прочность композиционного материала в поперечном направлении при вариации значений к от 1 для полной адгезии до О при отсутствии адгезии на границе раздела фаз, также можно описать уравнениями, основанными [c.83]

Следует отметить, что концентрация напряжений возникает на некотором расстоянии от поверхности наполнителя. Если содержание наполнителя достаточно велико, то уровень напряжений в матрице оказывается выше, чем на поверхности раздела. В этих условиях трещина, возникшая в матрице при умеренных внешних нагрузках, распространяется в направлении частиц наполнителя. При недостаточной адгезии трещина охватывает всю поверхность наполнителя, что приводит к уменьшению прочности композиционного материала [c.98]

Связь (адгезию) на границе раздела, а вместе с тем механические свойства композиционного материала можно улучшить, применяя специальные добавки — промоторы (усилители) адгезии. [c.100]

Поскольку работа межфазного сдвига зависит от длины волокна, оптимум механических свойств — жесткости, прочности, ударной вязкости — реализуется при более длинных волокнах и более слабой адгезии на границе раздела. При слабой связи может повыситься ударная вязкость композиционного материала также в тех случаях, когда разрушение начинается с матрицы. Так, Кук и Гордон [29] полагают, что когда трещина подходит к границе раздела, она не пересекает далее волокно, а распространяется вдоль поверхности волокна. Интенсивность напряжений в вершине трещины при этом снижается. Такой механизм повышения ударной вязкости, по-видимому, имеет место в полиэфирных стеклопластиках. [c.107]

Таким образом, можно прийти к следующему выводу. Если имеются сильные связи полимера и наполнителя, межфазный слой имеет более высокую температуру стеклования и Tg композита будет выше. В случае слабой адгезии, наличия в межфазном слое пустот, напряжений и т. п. композита будет ниже матрицы. Отсюда следует и вклад объемной доли межфазных слоев в изменение Tg композиционного материала с учетом нелинейной зависимости ее от содержания наполнителя. [c.187]

Повысить взаимную адгезию компонентов композиционного материала позволяет обработка их в электрических и магнитных полях. Так, после обработки в коронном разряде прочность сцепления полиэтилентерефталата с полиэтиленовой пленкой увеличивается в Ю раз [14]. Под воздействием коронного разряда на поверхности полимера образуются кислородосодержащие функциональные группы, в частности свободные радикалы, гидроксильные и пероксидные группы концентрация последних коррелирует со смачиваемостью полимера и прочностью его адгезионных соединений. [c.89]

Адгезия между матрицей и наполнителем определяет качество композиционного материала. Существуют прямые и косвенные методы определения этого показателя. К прямым относятся оп- [c.22]

На горючесть наполненных полимерных материалов оказывает влияние не только химическая природа наполнителя, но и его дисперсность, а также прочность сцепления наполнителя и связующего. С увеличением адгезии возрастает прочность материала, что зачастую сопровождается увеличением огнестойкости и стабильности к термоокислению. Например, при введении аэросила в поливинилхлорид температура разложения увеличивается с 580 до 610 °С, а при введении кварцевого песка температура разложения уменьшается до 565 °С [125]. Однако даже в случае удачного подбора наполнителя процесс воспламенения и горения композиционных материалов определяется степенью однородности и изотропности материала, концентрацией негорючих частиц в поверхностных слоях материала. [c.105]

Следует уточнить, что понимают под вяжущими свойствами йдких стекол. Это уровень прочности искусственного камня, лученного при твердении цемента на основе жидкого стекла идкое стекло+тонкодисперсные порошки+добавки различного значения), или композиционного материала на основе жидкого екла или-жидкого стекла с отвердителем. Вяжущие свойства йдкого стекла отождествляют также со значением его адгезии подложкам различной природы. Применительно к жидкому еклу способ определения вяжущих свойств никак не стандарти- [c.185]

В целях предохранения кабелей от увлажнения необходимо заделывать их концы. В процессе эксплуатации, когда высокая температура (до 500°) чередуется с высокой атмосферной влажностью (до 100%), надежность работы кабелей может быть обеспечена применением термовлагоэлектроизоляционного композиционного материала с высокой адгезией к меди, алюминию — основным элементам конструкции кабеля. [c.155]

Убедительный пример влияния межфазных молекулярных связей на прочность композита приведен в работе [110], авторы которой исследовали взаимодействия в системе матрица (эпоксидный компаунд)—арматура— (волокна на основе поливинилового спирта). Если между исходными волокнами ПВС и матрицей не наблюдается никакого химического взаимодействия, то обработка волокон 4,4 -дифенилметандиизоцианатом (МДИ) приводит к химическому взаимодействию по гидроксильным группам. Кроме того, модификатор также химически взаимодействует и с матрицей. Следствием этого взаимодействия является существенное повышение прочности композита [ПО]. ИК-спектры нагруженных образцов свидетельствуют о том, что молекулы МДИ несут ири этом механическую нагрузку. Изучение особенностей развития магистральных трещин в исследуемых композитах с модифицированными и немодифицированными волокнами показало, что расслаивание по границе матрица—волокно занимает значительную долю времени от всего процесса разрушения композита, причем химическое взаимодействие матрицы с волокном существенно снижает скорость расслаивания [110]. Таким образом, прочность композиционного материала самым тесным образом связана с характером межфазных связей — собственно адгезией. [c.35]

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (от лат. сотро8111о — сочетание)—материалы, которые образованы объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними. Отличаются свойствами, к-рыми не может обладать ни один из компонентов, взятый в отдельности. В К. м. сочетаются лучшие свойства различных составляющих фаз — прочность, пластичность, износостойкость, малая плотность и т. п. Обычно эти материалы состоят из пластичной основы (матрицы), служащей связующим материалом, и включений различных спец. компонентов в виде порошков, волокон, тонкой стружки и частиц др. формы, доступных для смешивания и последующего формования (см. также Армированные материалы). Включения обеспечивают прочность и жесткость композиций, а связующий материал — адгезионную связь (см. Адгезия) между составляющими материала, передачу нагрузки на частицы наполнителя, а также прочность и пластичность материала как единого целого при воздействии мех. и других нагрузок. Иногда связующий материал предохраняет наполнитель от [c.609]

Важнейшим фактором, определяющим свойства наполненных и армированных полимеров, является их адгезия к поверхности твердого тела. Достаточно сильное взаимодействие на межфазной границе полимер - твердое тело - основное условие усиления полимеров при введении в них наполнителя. Во многих случаях при получении наполненных полимеров через растворы или из жидких, способных к отверждению композиций, первичным актом образования адгезионного взаимодействия является адсорбция на границе раздела полимерных молекул из раствора или из реакционной системы в ходе ее отверждения. Особенно велика роль адсорбционного взаимодействия в случае использования многокомпонентных связую1цих, где возможна селективная адсорбция компонентов. Адсорбционные явления на межфазных границах приводят к тому, что на них образуется адсорбционный слой, отличающийся по своим физико-химическим характеристикам от материала в объеме. Образование межфазных адсорбционных слоев, как будет показано далее, является фактором, определяющим адгезию полимера к поверхности. Поэтому теории адсорбции и адгезии являются важнейшими составляюлщми теории образования и свойств полимерных композиционных материалов. [c.16]