Введение к работе
Актуальность работы..
Дальнейшее развитие авиационной, космической, автомобильной и судостроительной промышлешюсти. а также производство спортивного инвентаря требует создания новых материалов, обладающих високими значениями прочности и жесткости в сочетании с малым удельным весом, долговечностью и ігизкой стоимостью. Этим требованиям удовлетворяют композиционные материалы (КМ), состоящие из нескольких компонентов и сочетающие в себе их достоинства. В качестве наполнителей ипользуется множество различных материалов. Область применения КМ на их основе быстро расширяется.
Одним из распространенных видов наполнителей являются дисперсные частицы. КМ, состоящие из полимерной матрицы и мелкодисперсного наполнителя, проявляют свойства присущие их составляющим- формуемость в сочетании с малым удельным весом (свойство полимера); высокая жесткость, тепло- и электропроводность и др. (свойство наполнителя). Таким образом наполнитель выполняет две функции: первая состоит в уменьшении обьема более дорого полимера; вторая - в изменении физико-механических и термических свойств реального изделия.
Прочность и пластические свойства дисперсно-наполненных полимеров в значительной мере определяются микропроцессами деформирования и разрушения идущими в окрестности включений. Важными элементами этих процессов являются течение и отслоение матричного полимера от включений, которые приводят к изменению локального напряженно-деформированного состояния (НДС) и предопределяет последующий процесс разрушения. Образование межфазных расслоений в различных наполненных полимерных системах может являться не только нежелательным источником образования опасных трещин, но и эффективным каналом диссипации энергии разрушения.
Немногочисленность исследований в этой области указывает на необходимость более детального анализа механизмов процесса отслоения и изучения влияния на него физических характеристик материала, состояния границы раздела фаз, размера и содержания включений, внешних условий. Исследованию закономерюстей разрушения КМ под действием внешней нагрузки в зависимости от перечисленных выше факторов посвящена данная работа.
Цель работы.
Создание различных модифицирующих покрытий на поверхности мелкодисперсного наполнителя с целью изменения адгезионных взаимодествий на границе раздела фаз наполнитель - полимерная матрица.
Разработка методики получения модельных бездеффектных, стабильных по физико-механическим свойствам КМ на основе эпоксидного связующего.
Исследование методами оптической и электронной микроскопии микропроцессов разрушения, идущих в окрестности жесткого модельного (сферического) наполнителя в пластической полимерной матрице (ПЭ, ПП и густосшитого эпоксидного полимера (ЭП)).
Исследование влияішя на данные процессы таких факторов как: уровень и конфигурация НДС, объемная доля и размер дисперсной фазы, напряжение термического обжатия.
Исследование процессов развития и накопления межфазных повреждений и зон пластического течения при различных режимах нагружения (при постоянном напряжении o=const и при постоянной скорости деформирования =const).
Научная новизна.
Впервые проведено комплексное экспериментально- теоретическое исследование закономерностей адгезионного разрушения в дисперсно-наполненных полимерных системах. Разработана методика механических испытаний в различных режимах нагружения, позволяющаяя непосредственно контролировать микропроцессы разрушения в поле зрения оптического микроскопа. Проанализированы различные медодики нанесения тонких бездеффектных покрытий на мелкодисперсный наполнитель с целью направленного изменения взаимодествия наполнитель - матричный полимер.
Создана на основе решения краевой задачи уравнений мэханикл сплошных сред новая модель роста и торможения межфазных трещин на поверхности дисперного наполнителя, позволяющая оценить влияние на эти процессы термического обжатия, трения между берегами трещины, объемной доли и размера наполнителя, напряжения и поиерхоотной энергии разрушения.
обоснована необходимость разработки кинетичиской модели зарождения и накопления дефектов. Предложена ноьая кинетическая
модель этого процесса, позволяющая объяснить ряд экспериментально наблюдаемых закономерностей.
Практическая значимость.
Процесс адгезионного разрушения и течения в окрестности наполнителя существенным образом предопределяет процесс деформирования и разрушения композиционного материала. В связи с чем, без детального анализа данной стадии разрушения невозможен синтез новых КМ с заданным комплексом физико-механических свойств, находящих все более широкое практическое применение в различных областях науки и техники.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:
Всесоюзном семинаре "Физика прочности композиционных материалов", Ленинград. 1985;
конкурсе молодых ученых отдела полимеров ИХФ РАН, 1987;
конкурсе молодых ученых ИСПМ РАН, 1988;
VII Всесоюзной конференции по механике полимерных композитных материов, Рига, 1990;
III Советско- Японском симпозиуме по композиционным материалам, Черноголовка, 1991.
Объем и стуктура работы.
Диссертация содержит ПЬ2. страниц и состоит из введения,
пяти глав, выводов и списка литературы. Материал диссертации
иллюстрирован 5>_ рисунками и & таблицами.