Введение к работе
Актуальность темы
Основной тенденцией » развитии промышленного_комплекса по-. " слслнего " времепГГможпо счи і лгь усовершенствование характеристик магерпа юв Как правиле», стремя і ся к снижению веса. увеличению прочности и повышению их стойкости к агрессивным средам. В связи с я им возникаем потребность в новых материалах, способных с наибольшей вьиодой заменить традиционные. Таковыми являются полимерные композиционные .материалы (ПКМ). чей широкий диапазон весно іможньіх свопе in не сравним ни с о шим из обычных материалов.
Особенностью производства изделий из ПКМ, армированных непрерывными подокнами, является ;о, чт проектирование и формирование материала и конструкции происходит одновременно. В связи с этим, достижение высокого качества изделий невозможно без контроля структуры материала на всех ттапах технологического процесса.
В процессе изготовления армированных непрерывными волокнами ПКМ на границе раздела матрица-наполнитель возникает довольно тонкий межфазный слой (МФС), структура и свойства которого оказывают существенное влияние на формирование свойств и поведение материала в целом. В связи с этим возникает потребность в тщательном иссле 1ов,шпи характеристик МФС ос нарушения его структуры, что СК1Н0ВИІСЯ возможным при наличии эффективных методов иесле-ювапия. не связанных с разрушением материала.
Исспедование сложных многокомпонентных Сфуктур. каковыми являются композиты, на базе какого-либо одного универсальною прибора или метла, является проблематичным, так как такие структуры имеют мисіопарамеїричсекую природу, то есть характеризуются изменением мноіих параметров одновременно. Более перспективным видится использование комплексної о подхода, основанного на сочета--нии возможностей нескольких методов исследования, чувствительных к различным параметрам исследуемого материала. Наибольшая хрфек-іивность при мком подходе достигается, если используются методы, каждый из которых характеризуется повышенной чувствительностью к изменениям какого-либо одного из параметров материала.
Электрические методы исследования высоко информативны, предполагаю! безопасность и невысокую стоимость, быстроту и безвредность тестирования. Современные теории диэлектрической поля-птпзпнп н ли >лекі ппческнх потеоь позволяют связывать значения злг-элеклрической проницаемости и тпшенсл уїла диэлектрических поіерь и параметры, характеризующие их зависимость от температуры или частоты электрического поля со строением полимера.
Методы динамического механического анализа (ДМА) позволяют выделить вклад МФС в эффективные упругие характеристики материала. Методы обладают высокой разрешающей способностью и позволяют проводить исследование структуры композита в широком интервале температур.
Таким образом, актуальность темы связана не только с совершенствованием существующих методов исследования полимерных композитов, но и с разработкой комплексного подхода, основанного на сочетании диэлектрических методов исследования и методов ДМА. Это позволит через диэлектрические и упруго-сдвиговые характеристики МФС получить информацию о природе, составе и структуре композита в целом.
Цель работы
Разработка экспериментальных методов исследования границы раздела фаз ПКМ, наполненных органическими волокнами, в широком интервале температур, включающем области а-релаксации отдельных полимерных компонентов композитов, через диэлектрические и сдвиговые упругие характеристики МФС для определения зависимости свойств композита от адгезионной прочности на границе раздела и установлении факторов, которыми эта зависимость определяется.
Задачи исследования
-
Разработать методику изучения свойств ПКМ на основе органического наполнителя со степенью армирования, приближенной к предельной.
-
Разработать методы исследования МФС ПКМ на основе определения электрофизических параметров в широком интервале температур.
-
Оценить применимость разработанных методов исследования в зависимости от состояния поверхности армирующих волокон.
-
Разработать электрофизическую модель ПКМ для определения и контроля его макроскопических характеристик.
Предмет исследования
Предметом исследования являются ПКМ на основе органических волокон СВМ со степенью армирования, приближенной к предельной. Свойства межфазного слоя в таком материале можно изменять, модифицируя поверхность наполнителя в низкотемпературной плазме по методике, разработанной на кафедре "Физика и технология композиционных материалов" (ФиТКМ) АлтГТУ. Контроль структуры МФС неразрушающими методами позволит оценить эффективность плазмо-
химической оораоогкії для проектирования ПКМ с заранее заданными свойствами, --- Научная новизна -
1 Предложена хтектрофизпческдя модель ПКVI. позволяющая
jepej определение диэлектрических характеристик МФС оценивать
свопсіва и - и макроетруктурные параметрі,і композита.
2. Усіановлена связь межт\ электрофизическими и упруго-
слвиговыми характеристиками ПКМ. по ;водяющая оценивать механи
ческие свойства композита (а;пезионн\ю ирочноспл через еіо лт.тек-
грические харамеристики.
-
Разработаны методы исследования ПКМ со сюпенью армирования, приближенной к прелетыюй
-
Для определения упруго-сдвиговых параметров пределыгоар-мированного композита впервые применен метод свободных крутильных колебании, реализованный на маятниковом приборе.
К защите представлены:
1. Электрофизическая модель полимерного композита, позволяющая оценивать его свойства и структуру по анализу диэлектрических характеристик межфазного слоя.
2 Сущее"! вованпе связи ме,к і\ иісктрофи зпчеекпмп к -
елвпювымп харакісрпсіиками полимерных композиционных материа
лов, позволяющей реализован, контроль механических свойспз через
ш ілекірнчссиїе характерне піки компо пі і а.
З- Меюіьі псе іеловиния ПКМ о> сіепенью армирования, приближенной к преДСЛЬНОП.
4. Использование метода свобо mux кр_\тпльных колебании для определения \ пр\ і о-сдвпговых параметров ПКМ. І Ірак rnMccjKajTjjeiiHw^Tb
-
Разработанный метод исследования упруго-сдвиговых характеристик ПКМ іаеі возможноеіь оиечиваїь и контролирован, качеспю реальных КМ.
-
Разработанный метод исследования диэлектрических характеристик ПКМ позволяет по диэлектрическим характеристикам компонентов определять диэлектрические свойства композита в нелога
;. Разработанный метод применяемся для исследования фпзнко-мехапичеекнх характеристик па ослопе лолшшпдпих связующих, что отлажено ?. "".аяпкс на паїені РФ Уу 200010(--876 ел 20.(Я.2000 і
Реализация и внедрение
Результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре ФиТКМ АлтГТУ, при выполнении НИР и НИОКР на ряде предприятий отрасли.
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены на Международной научно-технической конференции «Композиты - в народное хозяйство России». Барнаул, 1999 г., на Межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Студент и научно-технический прогресс». Рубцовск, 1999 г., на Пятой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири». Томск, 1999г., на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Бийск, 2000 г., Барнаул, 2000 г.).
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, подана заявка на патент РФ.
Структура и объем диссертации
