Конструкционные пластики на основе непрерывных волокон обладаютвысоким уровнем физико-механических характеристик. Однако ихприменение в конструкциях повышенной надежности ограниченоневысокими значениями вязкости разрушения композитов, особенно наоснове высокомодульных волокон. Это связано в первую очередь с тем, чтоприменяемые полимерные связующие разрушаются под действиемэксплуатационных факторов быстрее основного наполнителя, снижая егореализационную прочность и долговечность композита в целом. Повышение трещиностойкости композиционного материала можетбыть решено путем рационального выбора полимерного связующего илиулучшения технологии изготовления при заданных компонентах материала. Опыт, накопленный в производстве конструкционных пластиков, показывает, что наблюдается некоторая взаимосвязь между физикомеханическими свойствами композиционного материала (КМ) и связующего. Поэтому важно, чтобы выбранное связующее обеспечивало необходимыеупругие, прочностные, деформационные свойства, а также теплостойкость иснижение тенденции к образованию трещин. В настоящее время разработанряд приемов, позволяющих в определенной мере повысить технологическуюмонолитность изделия. Наиболее перспективными являются приемы, направленные на модификацию полимерных связующих и формированиеопределенной структуры на молекулярном, топологическом инадмолекулярном уровне. В последнее время теоретически обоснована возможностьэффективного применения ультрадисперсных наполнителей, в качествемодификаторов связующего, для достижения синергетического эффекта прикомбинированном наполнении (непрерывное волокно и ультрадисперснаячастица). Однако открытым остается вопрос о влиянии энергетикиповерхности, размеров, однородности распределения ультрадисперсныхчастиц на структурообразующие процессы в полимерном связующем иследовательно уровень эксплуатационных свойств композита. В связи с чемактуальность рассматриваемого вопроса не вызывает сомнения.
5.7 Выводы.
При анализе влияния фрактальной размерности D на деформационно-прочностные характеристики наполненного полимера получили, что влияние изменения структуры полимера (изменение D) на различные свойства материала не однозначно. С одной стороны, рост фрактальной размерности может привести к ухудшению свойств наполненного полимера, например, как в случае тангенса механических потерь, а с другой стороны, наоборот, к росту динамического модуля упругости.
При наполнении полимера частицами УДП-А в количестве 0,1 — 1% его ударная вязкость снижается с 3 до 16% по сравнению с ненаполненным полимером. Тем самым подтверждаются данные литературных источников, о том, что оптимальное наполнение УДП-А до ОД %. При введении в полимер частиц AI2O3 в количестве от 0,1% его ударная вязкость возрастает на 10%, а при наполнении 1% снижается на 6% по сравнению с ненаполненным. Тангенс угла механических потерь полимера, наполненного УДП-А при ^"=0,1 — 1%, падает с 4 до 18%. Тангенс угла механических потерь полимера, наполненного AI2O3 при ^"=0,1 — 1%, падает с 2 до 12%. Динамический модуль упругости полимера, наполненного УДП-А при <рн до 1% возрастает на 40% по сравнению с ненаполненным, а для полимера, наполненного AI2O3, наблюдается рост на 20%. Временная прочность при сжатии для системы ЭД-20+УДП-А при фн=1% возрастает на 20% по сравнению с ненаполненным, для системы ЭД-20+А12О3 на 26% и для системы ЭД-20+УДП-АГ на 40%.
1. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлены основные принципы формирования структуры эпоксидного связующего, наполненного ультрадисперсными частицами, а именно: физические — ультрадисперсные частицы, на масштабах, измеряемых долями микрометров, выступают не в качестве концентраторов напряжений, а как дополнительные узлы сшивки дефектных областей полимерной сеткиструктурные — агрегаты частиц, размером от 60 до 100 нм, формируют особые свойства полимера, прилегающего к их поверхности;
2. С помощью компьютерного эксперимента были получены характеристики разреженных случайных структур, позволяющие оценить вероятность образования той или иной структуры и степень ее разупорядоченности, проведены исследования морфологии синтезированных структур. Для псевдогомогенной сплошной среды, содержащей ультрадисперсные частицы при степени наполнения ф —>0 нормированная геометрическая энтропия # —"1, а для монофракционной плотной структуры наполненной непрерывными волокнами при ф =75% #=0,75, что свидетельствует о том, что данные структуры наиболее вероятны в реальных системах.
3. Для модели Лущейкина в расчете объема занимаемого сорбируемым полимером учтена форма частиц. Для модели Хашина-Штрикмана разработан алгоритм ее применения для полимерных систем, модифицированных ультрадисперсными частицами.
4. Экспериментально установлено, что эффективное изменение эксплуатационных свойств эпоксидных связующих наблюдается при введение до 1 объемного % порошков синтетического алмаза и алмазографита, с размерами частиц от 4−10 до 40−60 нм, с удельной поверхностью от 270 до 500 м /г и частиц оксида алюминия (средний размер не более 0,1 мкм, площадь удельной поверхности 15 м /г).
5. Выявлено влияние удельной поверхности, формы и размеров частиц (и их агрегатов) на формирование уровня эксплуатационных свойств композиционных материалов и развитие процесса поврежденности. Экспериментально показано, что при введении ультрадисперсных порошков синтетических алмаза и алмазографита до 1% происходит повышение трещиностойкости. Причем, для порошка алмазографита добавка всего лишь 0,5 объемных % приводит к повышению значений коэффициента интенсивности напряжений в два раза по сравнению с исходным эпоксидным материалом.
6. Динамический модуль упругости полимера, наполненного УДП-А при (рн до 1% возрастает на 40% по сравнению с ненаполненным, а для полимера, наполненного А120з, наблюдается рост на 20%.
Временная прочность при сжатии для системы ЭД-20+УДП-А при фн=1% возрастает на 20% по сравнению с ненаполненным, для системы ЭД-20+А1203 на 26% и для системы ЭД-20+УДП-АГ на 40%.
1. Мошев, В. В. Структурные механизмы формирования механических свойств зернистых полимерных композитов./ В. В. Мошев, A.JI. Свистков, O.K. Гаришин и д.р. -.Екатеринбург: УрО РАН, 1997. — 5−8,14−19,48−57с.
2. Farris, R.J. The character of the stress-strain function for highly filled elastomers // Trans. Soc. Pheol. — 1968. — Vol. 12. № 2. — P. 303 — 314.
3. Соколкин, Ю.В., Механика деформирования и разрушения структурно-неоднородных тел./ Ю. В. Соколкин, А.А. ТашкиновМ.: Наука, 1984. — 115 с.
4. Ленг, Ф. Ф. Разрушение композитов с дисперсными частицами в хрупкой матрице // Кн. Композиционные материалы. Т. 5. Разрушение и усталость. -М., 1978.-С. 21−57.
5. Гаришин, O.K. Структурное моделирование процессов разрушения в наполненных зернистых композитах // Деформирование и разрушение структурно-неоднородных материалов. — Свердловск, 1989. — С. 32 — 40.
6. Свистков, А. Л. Влияние поверхностных слоев вокруг включений на микроструктурные напряжения композиционного материала // Структурная механика композиционных материалов. — Свердловск, 1983. -С. 77−81.
7. Филипс, Д. Прочность, вязкость разрушения и усталостная выносливость полимерных композиционных материалов // Д. Филипс, Б. Харрис, В кн. Промышленные полимерные композиционные материалы. -М., 1980.-С. 50−146.
8. Кауш, Г. Разрушение полимеров. — М.: Мир, 1981. — 440 с.
9. Нарисава, Н. Прочность полимерных материалов. — М.: Химия, 1987. -360 с.
Ю.Вахтииская, Т. Н. Ударопрочные материалы на основе смесей полимеров // Т. Н. Вахтинская, Т. Н. Андреева, А. С. Кал еров и др./ Пласт, массы. — 1990. № 3.-С. 51−53.
11.Evans, A. On the toughness of particulate filled polymers 11 A. Evans, S. Williams, P. Beaumont / Journal Material Sci. — 1985. — Vol. 20, № 10. — P. 3668 -3674.
12.Бакнелл, К. Б. Ударопрочные пластики. — Л., 1981. — 327 с.
13.Свистков, А. Л. Моделирование разрушения эластомера с твердым наполнителем зернистого типа с учетом характерных размеров включений // Высокомолек. соединения. Сер. А., 1994. — Т. 33., № 36. — С. 412−418.
14.Кривободров, B.C. Начальные стадии эволюции микротрещин // B.C.
Кривободров, А. Н. Орлов / Журн. техн. физики. — 1985. — Т. 55, вып. 8. — С. 1677−1679.
15.Иванова, B.C. Синергетика и фракталы в материаловедении.// B.C. Иванова, А. С. Баланкин, И. Ж. Бунин — М.: Наука, 1994.
16.Новиков, В. У. Структура и свойства полимеров в рамках фрактального подхода // В. У. Новиков, Г. В. Козлов / Успехи химии. — 2000. — Т. 69. — С. 572−599.
17.Козлов, Г. В. Синергетика и фрактальный анализ сетчатых полимеров. // В. У. Новиков, Г. В. Козлов — М.: Классика, 1992.
18.Новиков, В. У. Фрактальный анализ процессов разрушения полимеров и полимерных материалов. // В. У. Новиков, Г. В. Козлов — М.: Классика, 1998. -154 с.
19.Волченок, В. Ф. Моделирование свойств полидисперсных структур.
Минск: Навука i тэхника, 1991. — 193 с. 20.3айман, Дж. Модели беспорядка // Теоретическая физика однородно неупорядоченных систем. — М.: Мир, 1982. — 592 с. 21. Мошев, В. В. Структурные механизмы формирования механических свойств зернистых полимерных композитов. // В. В. Мошев, А. Л. Свистков, О. К. Гаришин и др. — Екатиринбург: УрО РАН, 1997. — 508 с.
22.Бобрышев, А. Н. Синергетика дисперсно — наполненных композитов./ А. Н. Бобрышев, В. Н. Козомазов, Р. И. Авдеев, В. И. Саломашов — М.: ЦКТ МИИТа, 1999.-252 с.
23.Липатов, Ю. С. Межфазные явления в полимерах. — Киев: Наукова думка, 1980.-259 с.
24.Кунин, И. А. Теория упругих сред с микроструктурой. -М.: Наука, 1975. -415 с.
25.Панин, В. Е. Физическая мезамеханика и компьютерное конструирование материалов./ В. Е. Панин, В. Е. Егорушкин, П. В. Макаров, Ю. В. Гриняев и др.-Новосибирск: Наука, 1995.-Т. 1.-297 с.-Т. 2.-304 с.
26.Люткавичус, М. Моделирование ползучести композитов полимерная матрица — дисперсный наполнитель // М. Люткавичус, Р. Лявинскас, И. Сапрагонас / Механика композит, материалов. — 1995. — Т. 31. № 6. — С. 754 -768.
27.Лурье, С. А. Математические модели механики сплошной среды и физических полей // С. А. Лурье, П. А. Белов, Изд. ВЦ РАН, 2000. — 151 с.
28.Германович, Л. Н. Вариальные разложения в задачах об эффективных характеристиках // Л. Н. Германович, А. В. Дыскин / Механика композитных материалов, 1994. — Т. 30. № 2. — С. 222 — 237.
29.3гаевский, В. Э. Роль и значение физического модельного подхода в описании и предсказании эффективных физико-механических свойств и поведения гетерогенных полимерных сред // В. Э. Згаевский, Ю. Г Яновский. / Механика композитных материалов и конструкций, 1995. — Т. 1. № 1. — С. 19−53.
30.Жук, А. В. Микродеформационное поведение дисперсно-наполненного композитного материала с упругопластичной матрицей // А. В. Жук, А. Я. Горенберг, В. А. Тополкараев / Механика композитных материалов, 1981. -№ 2.-С. 234−237.
31.Кочетков, В. А. Расчет характеристик упругости многофазного композита, содержащего составные или полые сферические включения Механика композитных материалов, 1994. № 1. — С. 19−53.
32.Лущейкин Г. А. Моделирование упругих и механических прочностных свойств наполненных полимеров и композитов // Пласт. Массы, 2003. — № 1.-С. 36−38.
33.Козлов, Г. В. Новый подход к фрактальным размерностям структуры полимерных дисперсно-наполненных композитов. /.
Г. В. Козлов, А. К. Микитаев // Механика композитных материалов и конструкций. — 1996. т.2, № 3−4. — с. 144 — 157.
34.Новиков В. У. Мультифрактальный формализм. / Д. В. Козицкий, В. У Новиков // Пластические массы. — 2001, № 1. — с.7 — 14.
35.Шабетник, В. Д. Фрактальная физика. М — ОАО «Тибр», 2000 — 234 с.
36.Новиков, В. У. Структура наполненных полимеров как набор фракталов. / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Материаловедение. — 1998, № 10. -с.14- 18.
37.Новиков, В. У. Применение мультифрактального формализма. / В. У.
Новиков, Д. В. Козицкий // Материаловедение. — 2000, № 11. -с.11 -23.
38.Новиков, В. У. Полифрактальность структуры наполненных полимеров./.
В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Пластические массы. — 2004, № 4. — с.27 — 38.
39.Ролдугнн, В. И. Фрактальные структуры в материаловедении. // Материаловедение. — 2005, № 4. — с.22 — 29.
40.Колмогаров А. Н. Элементы теории функций и функционального анализа. М: Наука, 1972 — 154 с.
41.Новиков, В. У. Влияние наполнителя на структуру полимерной матрицы. / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Пластические массы. — 2004, № 8. -с.12−24.
42.Новиков, В. У. Фрактальная механика наполненных полимеров. / В. У.
Новиков, Г. В. Козлов // Пластические массы. — 2005, № 2. — с.21 — 28.
43. Липатов, Ю. С. Физико-химические основы наполнения полимеров. -М.: Химия, 1991. -356 с.
44. Абаев, А. М. Физика и техника высоких давлений. — М: Химия, 1998. -102 с.
45.Козлов, Г. В. Фрактальное описание межфазного слоя. / Г. В. Козлов, А. К. Микитаев // Механика композитных материалов и конструкций. — 2000. т.2, № 3. -с.36−41.
46.Новиков, В. У. Ударная вязкость наполненных полимеров. / В. У.
Новиков, Г. В. Козлов // Материаловедение. — 1999, № 13. — с.28 — 31.
47.Новиков, В. У. Теория фракталов и инженерные приложения. / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Материаловедение. — 2006, № 8. — с. 15 — 22.
48.Новиков, В. У. Моделирование композитов с оптимизацией параметров на графах. // Механика композитных конструкций. — 1996, № 4. — с.467 — 478.
49.Скришевский, А. Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. -Высшая школа 1980 — 174 с.
50.Галлагер, Р. А. Метод конечных элементов. Основы. — М.: Мир, 1984. -428с.
51.Сегерлинд, JI. В. Применение метода конечных элементов. — М.: Мир, 1979.-427с.
52.Чернышева, Т. А. Взаимодействие металлургических расплавов с армирующим наполнителем. — М.: Наука, 1993. — 72 с.
53. Snyder, К. A. A probalistic theory on the time of fracture of amorphous crosslinked polymers // J. Appl. Phys. — 1992. — Vol. 72.
54. Верещагин, A. JI. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза.-Бийск: Изд-во АлтГТУ, 2001. 177 с.
55.Гуняев, Г. М. Технология и эффективность модифицирования углепластиков углеродными наночастицами // Конструкции из композиционных материалов. — 2004, № 4. — с.77 — 79.
56.Козлов, Г. В. Изменение структуры полимерной матрицы в дисперсно-наполненных композитах: фрактальная трактовка. // Г. В. Козлов, Ю. С. Липатов // Механика композитных конструкций. — 2004, № 6. — с.827 — 834.
57.Козлов, Г. В. Изменение структуры полимерной матрицы в дисперсно-наполненных композитах. / Г. В. Козлов, А. К. Микитаев // Механика композитных конструкций. — 1996, № 3. — с. 144 — 151.
58.Новиков, В. У. Фрактальный анализ. / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии. — 1996, № 4. — с.221 — 232.
59.Смирнов, Е. П. Алмазы: получение, свойства, применение. — Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1984. — 73 с.
60.Новиков, В. У. Модель термического кластера. / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Успехи химии. — 2000, № 12. — с.572 — 584.
61.Новиков, В. У. Структура и свойства полимеров в рамках фрактального подхода / В. У. Новиков, Г. В. Козлов // Успехи химии. — 2000. т.69, № 6. -с.579−599.
62.Дзенис, Ю. А. Влияние агрегации жесткого дисперсного наполнителя на диссипативные свойства полимерного композита // Механика композитных материалов. — 1990. № 1. — с. 171 — 174.
63.Sumita, М. Т. Tensile yield stress ofpolypropylene composites filled with ultrafine particles. // J. Mater. Sci. — 1983. v. 18, № 5.-p. 1758- 1764.
64.Козлов, Г. В. Новый подход к фрактальным размерностям структуры полимерных дисперсно-наполненных композитов. // Механика композитных материалов и конструкций. — 1996. т.2, № 3−4. — с. 144 — 157.
65.Козлов, Г. В. Фрактальный анализ агрегации частиц наполнителя в полимерных материалах // Механика композитных материалов и конструкций. — 2003. т.8, № 1. — с.398 — 448.
66.Новиков, В. У. Характеристика структуры композиционных материалов в рамках фрактального формализма / Новиков В. У., Микитаев А. К. // Материаловедение. — 1998. № 7. — с.2 — 9.
67.3гаевский, В. Э. Роль и значение физического модельного подхода в описании и предсказании эффективных физико-механических свойств и поведения гетерогенных полимерных сред // Механика композитных материалов и конструкций. — 1995. т.1, № 1. — с. 19−53.
68.Козлов, Г. В. Фрактальная трактовка уравнения Гриффитса для межфазного разрушения дисперсно-наполненных полимерных композитов / Г. В. Козлов, В. А. Белошенко, А. К. Микитаев // Физико-химическая механика материалов. — 1999. т.35, № 3. — с. 116−118.
69.Новиков, В. У. Фрактальный подход к межфазному слою в наполненных полимерах / В. У. Новиков, Г. В. Козлов, О. Ю. // Механика композитных материалов. — 2000. т.36, № 1. — с.3−32.
70. Рогалев, А. В. Геометрический синтез случайных структур в наполненных полимерах / А. В. Рогалев, Е. С. Ананьева, В. Б. Маркин // Труды международной научно-технической конференции «Композиты — в народное хозяйство», АлтГТУ — Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2005, стр. 183−194.
71. Рогалев, А. В. Моделирование случайных геометрических структур в наполненных полимерах / А. В. Рогалев, Е. С. Ананьева, В. Б. Маркин // Сборник трудов XII Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии». — Томск: Изд-во ТПУ, 2006. Т.1. — с. 465−467.
72. Рогалев, А. В. Оценка влияния наночастиц на модуль сдвига углепластика при комбинированном наполнении / А. В. Рогалев, Е. С. Ананьева, В.Б. Маркин//Труды VI Всероссийской школы-семинара «Новые материалы. Создание, структура, свойства — 2006». — Томск: Изд-во ТПУ, 2006. — с. 201 -203.
73. Рогалев, А. В. Синтез стохастических геометрических структур в дисперсно-наполненных полимерах / А. В. Рогалев, Е. С. Ананьева, В. Б. Маркин // Труды Международной молодежной научной конференции «XIV Туполевские чтения». — Казань: Изд-во КГТУ, 2006. — с. 225 — 226.
74. Хвостов, С. А. Влияние уровней распределения ультрадисперсных частиц на структуру термореактивных матриц / С. А. Хвостов, А. В. Рогалев, Е. С. Ананьева, В. Б. Маркин // Ползуновский альманах. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. № 1−2. — с. 4 — 6.
75. Рогалев, А. В. Исследование влияния распределения наночастиц в эпоксидном полимере на свойства / А. В. Рогалев, С. А. Хвостов, Е. С. Ананьева, В. Б. Маркин // Сборник докладов Международной конференции «Композит — 2007″. — Саратов. Изд-во 000"Типография Максим», 2007, с. 392−394.
76. Хвостов, С. А. Роль технологических факторов в процессе получения КМ, модифицированного ультрадисперсными частицами / С. А. Хвостов, А. В. Рогалев, В. Б. Маркин, Е. С. Ананьева, // Сборник докладов Международной конференции «Композит — 2007″. — Саратов. Изд-во 000"Типография Максим», 2007, с. 401−404.
77. Рогалев, А. В. Прогнозирование свойств композиционного материала, наполненного наноразмерными частицами в рамках фрактально-кластерного подхода / А. В. Рогалев, С. А. Хвостов, Е. С. Ананьева, В. Б. Маркин // Ползуновский вестник. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. № 3. — с. 98−104.
78. Хвостов, С. А. Технология получения наноструктурированных материалов / С. А. Хвостов, А. В. Рогалев, Е. С. Ананьева, В. Б. Маркин // Ползуновский вестник. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. № 3. — с. 162−167.
