Упрочнение полимерных материало

Некоторые из подобных композитов уже встречались нам при рассмотрении и классификации материалов. Это стеклопластики, материалы на основе древесины и многие другие композиты на основе полимерных соединений. Примером волокнистых компози-п[юнных материалов с металлическими волокнами могут служить алюминий и магний, армированные высокопрочной стальной проволокой, или медь и никель, армированные вольфрамовой проволокой. Несмотря на их термодинамически неравновесное состояние, они устойчивы при температурах ниже 400°С. Скорость диффузии в тугоплавком волокне очень мала, и химического взаимодействия не происходит. Большое внимание в последнее время уделяют попыткам создания волокнистого композиционного материала с матрицей на основе никеля, который служит основой важнейших современных жаропрочных сплавов, упрочненной волок-илми вольфрама. При содержании вольфрама в никеле, равном е о растворимости, матрица не растворяет волокна. Однако такая композиция имеет низкую < )роирочность и большую плотносчь. [c.154]

Все приведенные выше механизмы упрочнения (обусловленные введением в полимерную систему компонентов, образующих либо более стабильные, либо более лабильные связи между элементами структуры) характеризовались изотропным изменением прочности, между тем как, например, одноосная ориентация полимерного материала обеспечивает упрочнение материала в направлении вытяжки и ослабление — в перпендикулярном направлении. [c.303]

Нестабильности типа резонанса вытяжки , которые возникают при формовании из волокон из расплава (раздел 8.4.2), также встречается при экструзии пленки с отливкой [45,46]. Этот эффект чувствителен к реологическим характеристикам растягиваемого потока, то есть опосредованно зависит от молекулярно-массового распределения и степени ветвления длинных цепей. Высокие скорости деформирования и деформационное упрочнение подавляют резонанс вытяжки. Следует отметить, что этот эффект выражен сильнее при широком молекулярно-массовом распределении полимерного материала. [c.198]

Повышение долговечности металлополимерных изделий при действии УФ-излучения достигается в результате упрочнения поверхностных слоев [24—26]. При эксплуатации в металлополимерном изделии полимерный материал вокруг каждого металлического элемента находится в сложно-напряженном состоянии. Разрушение происходит в зонах с максимальной концентрацией напряжений, которыми могут быть острые углы и изгибы арматуры, перемычки между тонкостенными и массивными частями изделия и т. д. Концентраторами напряжений могут быть различные включения, обладающие низкой способностью к сжатию. Не создают внутренних напряжений наполнители, частицы которых способны изменять форму под действием напряжений окружающего локального объема. Компенсацию напряжений в металлополимерных системах осуществляют различными конструктивными приемами, в частности применением разделяющих полимер и металл эластичных подслоев [38], которые компенсируют значительную разницу термических коэффициентов расширения полимеров [c.259]

Изложенный общий подход к образованию шейки как к релаксационному переходу с сильно выраженной зависимостью его интенсивности от напряжения явился основой количественного рассмотрения этого эффекта i как явления, описываемого некоторой системой уравнений. Общей основой описания служит анализ взаимодействия процессов превращения, ориентации и переноса со специфичной, особенно для кристаллических полимеров, неоднородностью деформирования. Таким образом, переход полимерного материала в шейку представляет собой релаксационное явление, зависящее от температуры и скорости воздействия и обусловленное размягчением полимера под действием приложенных напряжений и его упрочнением вследствие ориентации. Указанный переход происходит путем разрушения (частичного или полного) исходной структуры материала и связан с достижением эффективных условий. В крайних случаях этот процесс носит характер фазового перехода типа рекристаллизации или осуществляется путем структурной перестройки крупных элементов надмолекулярного порядка. Этот переход развивается неоднородно по объему материала и может осложняться побочными явлениями, например интенсивными тепловыделениями, что приводит к специфическому проявлению механизма в форме автоколебательного режима растяжения. [c.194]

Рассматривается влияние неоднородности различного уровня (молекулярного, надмолекулярного, коллоидного) на характеристики прочности полимерных материалов в зависимости от условий их эксплуатации. Показано, что для увеличения прочности полимерного материала необходимо обеспечить в системе наличие двух типов связей прочных, обеспечивающих сопротивление разрушению, и лабильных, способствующих сглаживанию пиков перенапряжений. Распределение этих связей должно быть осуществлено в соответствии с распределением максимальных напряжений в процессе эксплуатации. Показаны пути направленного или тензорного усиления наполненных полимерных материалов. Показаны также причины комбинационного упрочнения и влияние на этот эффект некоторых технологических и физико-химических факторов. [c.231]

В настоящее время изучены некоторые качественные закономерности влияния характера надмолекулярной структуры поли.мера, образующейся под действием частиц наполнителя, на деформацию и разрушение. Прн образовании вдоль частиц аннзодиаметри-ческих структур возникают надмолекулярные образования (например, последовательность сферолитов) в этом направлении материал упрочняется. В связи с этим приобретает особый интерес вопрос принудительного расположения частиц наполнителя в заранее заданных направлениях. Например, при расположении частиц никелевого порошка вдоль магнитного силового поля полимерный материал можно усиливать в тех направлениях, в которых при эксплуатации возникают наибольшие напряжения (рис. 3—5-1). Весьма существенна выявленная возможность усиления частицами наполнителя, специально ориентированными в пространстве, не только кристаллизующихся, но и аморфных полимеров. Однако эффект усиления в этом случае наблюдается при большом содержании наполнителя (когда основная масса полимерного связующего находится в состоянии упрочнения под действием сил межмолекуляр-ного взаимодействия с частицами наполнителя). [c.12]

НИЯ. С изменением скорости нагружения полимер, находившийся в высокоэластическом состоянии, может вести себя, как стеклообразный полимер. Поэтому изменение условий нагружения сопровождается, как правило, изменением концентраций и температур, характеризующих эффект температурного обращения. По-видимому, в эффектах усиления, как и в эффектах температурного и концентрационного обращения, существенную роль играет соотношение времени релаксации и скорости нагружения испытываемых систем. Поэтому интенсивное взаимодействие на границе полимер — наполнитель может вызвать не только упрочнение, но и ослабление полимера. Наполнитель может влиять на подвижность всего набора кинетических единиц различных размеров и различной подвижности или преимущественно на подвижность определенных кинетических единиц. Это косвенным образом сказывается на стабильности структуры и свойств полимерного материала. [c.13]

Неактивные наполнители часто вводят для удешевления изделия путем замены части полимерного материала на более дешевый наполнитель. Наконец, некоторые дисперсные наполнители, не влияя на комплекс механических свойств, могут придавать материалу требуемые свойства. Так, например, при введении металлических порошков изменяется тепло- и температуропроводность при использовании полых стеклянных или полимерных сфер снижается масса изделий при одновременном их упрочнении. При введении наполнителей можно направленно изменить также электропроводность и другие электрические свойства. [c.12]

Упрочнение полимерного образца в продольном направлении связано с тем, что при хорошей ориентации более крепкие структурные элементы (химические связи) располагаются вдоль этого направления приблизительно параллельно и однородно разрыв, следовательно, происходит более одновременно, чем у плохо ориентированных систем, и требует преодоления как химических, так и межмолекулярных сил. В направлениях, перпендикулярных оси ориентации, встречается только сопротивление межмолекулярных сил, и поэтому прочность образца сравнительно невелика. Таким образом, любое упорядочение структуры, будь это ориентация микрокристаллитов или звеньев макромолекул, приводит к более согласованному, коллективному сопротивлению цепных молекул их разрыву. С возрастанием упорядоченности все больше становится число молекул, одновременно и в одинаковой степени сопротивляющихся разрушению. В неориентированных полимерах макромолекулы рвутся последовательно, поодиночке , в местах возникновения перенапряжения, и прочность материала меньше. Важное следствие способности полимеров менять СБОЮ структуру, ориентироваться в самом процессе деформации состоит в повышении прочности материала в зоне микротрещин, что предотвращает разрушение образца, если скорость ориентации (релаксации) больше скорости роста трещины. [c.356]

Как уже упоминалось, модуль Юнга является мерой жесткости материала. В табл. 4.2 приведены деформационно-прочностные характеристики некоторых крупнотоннажных полимерных материалов общего назначения. На примере капрона и полиэтилентерефталата видно, что ориентационное упрочнение, достигаемое при вытяжке волокна из полимера, приводит к увеличению как прочности, так и жесткости полимерного материала. [c.162]

Композиционные материалы классифицируются по матрице и пО способу получения материала. Различают композиционные материалы с металлическими, полимерными, углеродными п керамическими матрицами. Известны также композиции с несколькими матрицами. По способу упрочнения композиционные материалы разделяют на слоистые, волокнистые, дисперсноупрочняемые, эвтектические с направленной кристаллизацией. [c.78]

Упрочнение материала в результате Н. наблюдается в тех случаях, когда наполнитель прочнее полимера, а условия Н. обеспечивают совместную работу обоих компонентов под действием механич. напряжений. Последнее условие выполняется при достижении прочного контакта между полимерной матрицей и частицами наполнителя по всей поверхности раздела. [c.165]

Очевидно, что образовавшийся ансамбль полимерных фибрилл с диаметром 3—60 им [47, 70] имеет весьма высокоразвитую поверхность и оказывается термодинамически неустойчивым. Так как деформация полимера приводит к непрерывному росту длины фибрилл, то они, в свою очередь, как это следует из рассмотрения модели, начинают слипаться (коагулировать) друг с другом боковыми поверхностями, что макроскопически проявляется в появлении в образце шейки (рис. 1.5,6). Поскольку в этом случае происходит коагуляция, а не коалесценция фибрилл, шейка полимера имеет фибриллярную структуру. Дальнейшая вытяжка, согласно предложенному механизму, реализуется путем перемещения переходного слоя через весь образец до полного его превращения в шейку вследствие эффекта ориентационного упрочнения материала. [c.19]

Учитывая все изложенное, не следует, однако, забывать, что разрыв любого полимерного тела осуществляется через развитие трешин аналогично разрушению любого твердого тела. Существенным отличием полимерных материалов является то обстоятельство, что сама структура материала может изменяться под действием высоких механических напряжений, развивающихся в острие трещины. Эти структурные изменения при таких больших деформациях полимеров ведут, как было показано в этом очерке, к ориентации, а следовательно, к упрочнению полимера в зоне острия трещины. Поэтому если скорость ориентации превышает скорость роста трещины, то такое упрочение остановит рост трещины. Если же скорость ориентации слишком мала, то полимер разрушается. Таким образом, при достаточно быстром силовом воздействии полимер окажется недостаточно прочным (хрупкое разрушение при ударе), хотя при медленных воздействиях он будет доста точно прочным. [c.136]

Из данных табл. 17 следует, что в процессе старения полимерных материалов на резольных смолах (К-21-22 и монолит) значительно возрастают модуль упругости и твердость, тогда как для материала на новолачной смоле (К-18-2) оба эти показателя практически остаются постоянными после длительного пребывания в условиях московского климата. Это указывает на то, что старение в этом случае сводится преимущественно к завершению процессов отверждения изделий из реактопластов, не закончившихся при прессовании. Увеличение сопротивления статическому изгибу наблюдается у всех трех материалов и объясняется, по-видимому, потерей влаги и летучих продуктов по сравнению с контрольными образцами. К сожалению, среди приводимых показателей отсутствует показатель изменения линейных размеров образца. По этому показателю можно было бы более точно указать причины упрочнения материалов после старения. [c.83]

Выше было отмечено, что локальное перераспределение конформаций цепей в сдвиговом поле вносит соответствующий вклад в постепенное ослабление полимерных тел. Однако можно перевести материал в целом в преимущественно направленное или анизотропное состояние. Это достигается посредством одноосного течения материала вблизи или выше при его неупругой деформации с последующим охлаждением, которое фиксирует остаточную деформацию тела. В таких анизотропных прозрачных некристаллических телах обнаруживается двойное лучепреломление, связанное с различными скоростями прохождения света с данной длиной волны в направлениях, параллельном и перпендикулярном плоскости организованных цепей. Ориентация цепей часто приводит к значительному деформационному упрочнению (см. Влияние молекулярной ориентации на механическое разрушение , К. Сяо). [c.276]

Структура пластифицированного материала определяется его составом. При содержании пластификатора 50 - 60% многими исследователями отмечаются изменения в структуре пластифицированных материалов, заключающиеся в том, что изолированные сферические включения жидкой фазы, объединяясь, формируют систему сообщающихся пор [65], в результате чего образуется сотовая структура со стенками ячеек толщиной до 0,5 мкм. Этим структурным преобразованиям отвечают соответствующие изменения ряда физико-механичес-ких характеристик материала. Стабилизация прочности и некоторых других физико-механических свойств пластифицированных материалов, которая, как показывают рис. 2.2,2.3, наблюдается при содержании пластификатора 50 - 60%, обусловлена выделением жидкости в качестве обособленной фазы [16]. Содержание пластифицирующей жидкости в составе полимерной матрицы при этом существенно уменьшается, что приводит к некоторому упрочнению последней, компенсирующему снижение прочности за счет введения пластификатора. [c.32]

Необходимо также отметить, что в процессе усталостных испытаний полимерных материалов с высокой частотой нагружения в ряде случаев наблюдается упрочнение материала. Процесс усталости сопровождается большими гистерезисными потерями. Последний фактор приобретает особое значение в связи с низкой теплопроводностью этих материалов. Оба фактора конкурируют, однако затруднительно разделить степень их влияния. Совокупность разнообразных механических и тепловых воздействий активизирует химические деструкционные реакции. Главную роль при этом играет распределение во времени интенсивности воздействия. Явление усталости для армированных пластиков усложняется еще анизотропией упругих свойств этих материалов. [c.251]

Моделирование ползучести. Теперь необходимо рассмотреть проблему моделирования ползучести полимерных материалов, использовав для этого технические гипотезы, принимаемые при изучении ползучести нагретых металлов, как это сделано в работе Б. В. Миненкова . Эта проблема является расчетной проблемой номер один потому, что подавляющее число полимеров и материа-.лов на их основе, применяемых в конструкциях, работающих под нагрузкой, за вредгена нагрузки (долговременной или циклической), превышающие времена релаксации, работают на режимах ползучести. Вполне достаточно рассмотреть эту проблему на примере упомянутой работы. Б. В. Миненков исследовал ползучесть поливинилхлорида (винипласт) и полиметилметакрилата (органическое стек.ло) при комнатной температуре и сопоставил ре-З5 льтаты экспериментов с подсчетами деформаци по гипотезам старения (степенная формула) и упрочнения — в формулировке Девиса. [c.153]

В ряде случаев упрочнение полимерного материала может быть обеспечено путем введения компонента, который ответствен ие за возникновение бо.тее прочных. яокальных связей, как это было описано выше, а наоборот. В последнем случае образование двух типов связей (прочных и. лабильных) осуществляется за счет локального ослабления межмолекулярного взаимодействия, например при введении в систему пластификатора [18]. [c.213]

В стеклообразном и кристаллич. состояниях полимерные материа,лы сохраняют молекулярную ориентацию неограниченно долго. Степепь предварительной ориен-тацтти влпяет на и 0ц. Значение 0хр зависит от угла между направлениями растягивающей силы и предварительной вытяжки, что приводит к резкой анизотропии прочностных характеристик — значительному упрочнению материала в направлении ориентации и разупрочнению в поперечном направлении. Для пекристаллич. иолимеров Охр зависит от степени ориентации и угла между направлениями растягивающей силы и ориентации сильнее, чем Ов, поэтому с увеличением ориентации область перехода от хрупкого к нехрупкому разрушению смещается к низким темп-рам. [c.117]

Наличие в полимерной матрице системы пор, стенки которых имеют ориентированную структуру и более высокую прочность, чем изотропный полимерный материал, создает благоприятные условия для упрочнения пленок. Для этого полученную экструзией заготовку пленки в состоянии студня, толщина которой в 25 - 30 раз превышает толщину готовой пленки, подвергают вальцеванию до значений относительного удлинения 2000 - 2500%. В результате складывания стенок пор при вальцевании и последующей вытяжки пленка из полиолефинов может бьпъ упрочнена до значений Ор > 1 кПа, соизмеримых с теоретической прочностью полимеров [102]. [c.121]

Для исследования изменения распредёления локальных напряжений полимерного материала в процессе его нагружения до разрыва применяется метод киносъемки в поляризованном свете [4]. Поляризационно-оптический метод используется также для выяснения природы упрочнения многослойных полимерных пленок. Надрыв в слоистых материалах появляется при больших напряжениях и деформациях, чем в индивидуальных пленках. При сопоставлении зависимости прочности и двойного лучепреломления от адгезии между пленочными слоями не из одинаковых, а существенно различных полимеров выяснилось, что зависимости параметра двойного лучепреломления Г/d (здесь Г — разность фаз d — толщина материала) от напряжения и деформации нелинейны. Кроме того, положение указанных кривых зависит от толщины слоя связующего (рис. 4.112). [c.305]

Для композшдаонного материала с полимерной матрицей критическая длина волокна по экспериментальным данным составляет обычно не менее 50 его диаметров. По мере уменьшения длины волокон эффективность упрочнения падает до тех пор, пока длина волокон не станет меньше критической и разрушение будет контролироваться вьи-ягиванием волокон. [c.87]

Полиметилдиметилсилазановый лак может применяться в качестве пропиточного материала для стеклянной ткани и стеклопластиков с целью придания им гидрофобных и диэлектрических свойств, в качестве отвердителя зпоксидных полимеров и эпоксидно-кремний-органических полимерных композиций, а также как влагостойкое защитное покрытие для упрочненного силикатного стекла. [c.244]

П. полимерных материалов тесно связана с их деформационными свойствамп. Разрыв полимеров в большинстве случаев происходит в орпептированном состоянии, полученном либо предварительно (напр,, в В0Л0К1ШСТЫХ материалах), лпбо возникающем в процессе испытания на разрыв. Даже в хрупком состоянии П. полимера может сильно изменяться в зависимости от степени предварительной вытяжки. Предварительно ориентированный полимер представляет собой высокопрочный аш1зо-тропный материал. Основным фактором упрочнения полимера является молекулярная ориентация независимо от того, находятся ли волокна в кристаллическом или аморфном состоянин (см. Механические свойства полимеров). [c.195]

Упрочнение прослоек полимерного пленкообразователя между пигментными частицами обусловлено как повышением прочности материала при тонкослойном его распределении (геометрический эффект), так и изменением характера надмолекулярных структур, которые вблизи поверхности пигментной частицы формируются под воздействием ее силового поля. Действие полей межмолекулярных сил распространяется на 40—120 А от поверхности твердых тел [6, 7]. При этом силовое поле межмолекулярных сил может оказывать двоякое воздействие в случае хорошего смачивания пигмента пленкообразующим веществом проявляется тенденция к уменьшению размера надмолекулярных структур или аморфизации кристаллизирующихся пленкообразователей (по сравнению с не-пигментированной пленкой), а в случае плохого смачивания —к укрупнению надмолекулярных или кристаллических структур. Первый эффект приводит к упрочнению прослоек между частицами и улучшению эксплуатационных характеристик пленок, а второй — к их ухудшению. [c.26]

Обработка полиолефинов этим способом отличается от других прежде всего своим назначением, поскольку основная цель облучения в данном случае не активирование поверхности, а улучшение термических и прочностных свойств изделия путем глубокого изменения структуры полимеров. Активирование поверхности — побочный эффект данного процесса. В результате облучения во всей толще материала в полимерных цепях возникают свободные радикалы, двойные связи, сшивание которых приводит к образованию сетчатой структуры и тем самым к упрочнению изделия. Последуюшая термообработка ускоряет процесс сшивания в толще материала и способствует окислению радикалов на поверхности изделия при их соприкосновении с кислородом окружающей среды. Кроме того, при облучении и последующей термической обработке увеличивается доля аморфной фазы в полимере, что наряду с активированием поверхности создает предпосылки для усиления адгезионно-когезионных взаимодействий в системе субстрат — адгезив. [c.12]

На микроскопическую величину х для мягких некрисгалличе ских полимерных тел могут влиять адиабатическое нагревание, стерические молекулярные факторы (такие, как переплетения полимерных цепей или сшивки), наличие дефектов (инородного вещества или дислокаций) и другие факторы (например, вызванное течением упрочнение локальных участков материала). [c.263]

При рассмотрении этой общей картины важно,вспомнить предположения Редокса о роли концентрации напряжений в линейновязкоупругих телах (см. Импульсы напряжения нелинейно- вязкоупругих телах , Д. Редокс). Реальный подход к прочности некристаллических полимерных тел нуждается в учете этого вида упрочнения, равно как и других видов деформационного упрочнения. Эта проблема включает, очевидно, и рассмотрение нелинейных вязкоупругих свойств материала.. [c.264]

Данные многочисленных экспериментов, проведенных в отделе полимерных материалов НИИ санитарной техники Академии строительства и архитектуры СССР, полностью подтверждают гакой расчет. Установлено, что наличие в футерующем слое остаточных застеклованных высокоэластических осевых напряжений порядка 5—7% всегда имеющих место в футерующем слое независимо от способа, которым осуществлено футерование, практически ке влияет на механические свойства пластика. Более того, значительные относительные деформации такого рода приводят к упрочнению материала. [c.275]

Неорганические стекла и силикаты широко используются в качестве дисперсной фазы для упрочнения органических полимеров [16, 23, 74, 162, 194]. Это различные стекла, асбесты-— минералы с волокнистой полимерной структурой, преимущественно хризотил состава Mg6[Si40io(OH)8]. При 40%-ном заполнении асбестом полипропилена свойства материала меняются следующим образом модуль изгиба повышается от 1,2 до 4,5 ГПа, КЛТР возрастает от 68-10 до 3,8-10 , а плотность— от 0,91 до 1,24 г/см . Использование асбестов ограничено из-за его канцерогенности. Для упрочнения полимеров используют также стеклянные микрошары. [c.180]

В Советском Союзе для аналогичных целей используется полиэтилгидросилоксановая жидкость ГКЖ-94 (ВТУ ЕУ 124-56). Продукт обычно применяется в виде водной эмульсии или раствора в органических растворителях путем нанесения на поверхность материалов, пропитки или введения в состав некоторых композиций (при изготовлении бумаг, картонов, строительных материалов и т. п.). Оптимальная концентрация жидкости ГКЖ-94 при пропитке бумаг, тканей и пористых силикатных материалов составляет около 3%. В отдельных случаях эффект гидрофобизации достигается при обработке материала 0,02% водной эмульсией. Для упрочнения защитного покрытия материалы следует подвергать термообработке в течение 16—45 мин при 95—120°. Эффект гидрофобизации некоторых материалов при применении кремаийорганических полимерных соединений показан на рис. 5-25, 5-26, 5-27 [Л. 5-24]. [c.171]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология