Эпоксидные полимеры и композиции - Чернин И.3.
Скачать (прямая ссылка):
Лавсан Капрон Полипропилен Нитрон Винол (ПВС) Кевлар Аром этический полиамид 1380 1140 900 1170 1260 1450 1400 10,2—11,0 3,2—3,5 4,6—5,0 4,6-5,8 25 110—160 110—120 245 210 160 225 300-400 4,8-6,2 7,7—8,2 4,5-5,2 4,6-5,6 6,6-10,0 22—28 20-28 0,5-0,7 7,0-8,5 «0 1,5-1,6 12-20 1,5—4,0 7-10
Кроме неорганических волокон для создания армированных эпоксидных пластиков применяют полимерные волокна, в частности новые высокопрочные синтетические волокна, наиболее известным из которых является волокно кевлар-49 [3, 21, 23]. Как видно из табл. 8.5, прочность некоторых полимерных волокон приближается к прочности стеклянных волокон; в то же время их плотность значительно ниже, что позволяет достигать высокой удельной прочности. Однако модуль упругости этих волокон сравнительно невелик, что ограничивает применение армированных пластиков на их основе. Кроме того, данные волокна представляют собой сильно ориентированные полимеры с малой прочностью в поперечном направлении, что затрудняет получение материалов с достаточно высокой прочностью при сжатии и растяжении поперек волокна. Малые значения модуля упругости этих волокон снижают требования к механическим свойствам связующего, но для таких систем на первый план выступают вопросы специфического взаимодействия компонентов эпоксидного связующего с волокном, которые еще мало исследованы.
Структура армированных пластиков
Структура армированных пластиков рассматривается как система определенным образом расположенных бесконечных цилиндров, представляющих собой армирующий наполнитель, пространство между которыми заполнено однородной полимерной матрицей. В такой модели структура материала может быть количественно описана объемной долей полимера или наполнителя и геометрическими параметрами пространственной решетки наполнителя. Все основные теоретические закономерности получены на подобных моделях. Однако, как уже указывалось, реальные пластики представляют собой не полностью упорядоченную стохастическую систему, которую сложно количественно описать с помощью небольшого числа параметров. Отклонения от этой идеализированной структуры будем называть
214
дефектами структуры», хотя это определение, несомненно, ме-ее однозначно, чем определение структурных дефектов в кри-таллах, и включает весьма разнообразные по своей природе бразования. Рассмотрим основные типы дефектов, которые огут влиять на свойства эпоксидных пластиков.
Прежде всего следует сказать о дефектах, связанных с брывами волокон или появлением трещин на поверхности ар-ирующих наполнителей. Эти дефекты появляются, как пра-ило, при изготовлении или текстильной обработке наполни-еля, но могут возникать и в процессе прессования полимерного атериала в точках контакта волокон [34]. Число разрушенных аким образом волокон зависит от давления прессования и со-ержания связующего.
Волокна с трещинами разрушаются уже при малых нагруз-ах. При разрыве волокна в связующем образуется линзообраз-ая трещина, которая распространяется перпендикулярно к во-окну до соседних волокон. На концах оборванного волокна озникает область значительных сдвиговых усилий, которые огут привести к нарушению адгезии вдоль волокна на некото-ую длину. Эти сдвиговые усилия передают нагрузку на сосед-ие волокна, что приводит к ускорению их разрушения. При лительном механическом нагружении пластиков происходит остепенное накопление подобных дефектов, и при их критиче-кой концентрации пластик разрушается. Область действия еренапряжений и их значение зависят от механических харак-еристик связующего и его адгезии к волокнам. После дости-ения трещиной соседних волокон ее дальнейшее распростра-ение связано с нарушением адгезии на их поверхности [26]. "агрузки при распространении трещин накладываются на уществовавшие ранее поля внутренних напряжений, облегчаю-их нарушение адгезии и развитие трещин. При микроскопи-еском исследовании нагруженных пластиков, особенно одно-аправленных, хорошо заметно появление волокон с нарушенной адгезией. Для локализации трещин также необходимы высокая сдвиговая прочность связующего и его адгезия к волокну и достаточно высокие значения удлинения.
В материалах, армированных тканями и кручеными нитями, волокна изогнуты и под действием внешних нагрузок стремятся выпрямиться. При этом увеличивается общая деформация материала и' может произойти растрескивание полимерной матрицы, что вызывает уменьшение механической и диэлектриче-кой прочности материала и нарушение его герметичности.
Большое влияние на свойства материалов оказывает неодно-одность распределения наполнителя в полимере, которая при-одит к неоднородному распределению нагрузки между волоками [9]. Особенно это проявляется в пластиках, армированных тканями, в которых связующее находится внутри нитей и между ними. Между нитями связующее образует области размером 100—200 мкм, в которых наполнителя нет. В этих
215
областях часто образуются трещины и крупные поры. Полимер в таких областях разрушается главным образом под действием механических нагрузок в результате старения [61]. Внутри нитей, особенно крученых, полимер находится в виде слоев толщиной в несколько микронов между плотно упакованными волокнами и испытывает наибольшее влияние поверхности волокна, как за счет механического ограничения деформации, так и за счет других видов взаимодействия, в том числе влияния адсорбированных на поверхности волокон примесей и аппретов. В этих областях структура полимера в значительно большей степени изменяется под влиянием наполнителя. Таким образом, в структуре тканевых армированных пластиков заложены области неравномерной структуры, которые являются концентраторами напряжения и снижают прочность материала.
