Деформирование и разрушение композитов
..pdfстеклами и конденсируются на их поверхности. Излишки па ров диметилдихлорсилана через штуцер в верхней стенке по ступают в предохранительный узел, в котором происходит кон денсация пара в жидкое состояние, что исключает возможность истечения паров диметилдихлорсилана в атмосферу.
Технология изготовления композиционной модели из ОАМ. Для изготовления включений из полиуретана СКУ-7Л (см. рис. 1, операция За) отливали 3 пластины размерами 100X150X7мм. После окончания полимеризации формы разбирали и сразу же из пластин изготавливали включения (операция 4). В патрон сверлильного станка устанавливали специально изготовленную из металла просечку диаметром 18 мм. Режимы резания выби рали самыми, минимальными. Технология установки в отливоч ную форму включений (операция 5) следующая:
1.На миллиметровке в натуральную величину вычерчивали композиционную модель нужной геометрии.
2.На чертеж композиционной модели помещали обработан ные антиадгезионным покрытием стекла.
3.Включения, в места их установки на стекла, приклеивали на клей № 88.
4.Для получения композиционной модели нужной толщины
на |
края стекол устанавливали колиброванные прокладки. |
|
го |
5. Для исключения вытекания из отливочных форм залито |
|
материала на стекла после прокладок помещали кембрик |
||
с |
вставленной в него трехмиллиметровой медной проволокой. |
|
|
6. Стекла собирали в пакет (три-четыре стекла) и |
скреп |
ляли струбцинами. |
опера |
|
|
Технология изготовления ОАМ матрицы (см. рис. 1, |
|
ция 3 б) включала следующие этапы [3J: |
|
1.Приготавливали навески компонентов касторового масла
ипродукта 102Т в весовом соотношении 100 : 30.
2.Касторовое масло выпаривали в вакуумном шкафу при температуре 80 °С в течение двух-трех часов и охлаждали до 40—50 °С.
3.Продукт 102Т прокаливали при 120—,130°С до светлого ■состояния (3—5 мин) и охлаждали до комнатной температуры.
4.Продукт 102Т сливали в касторовое масло и тщательно перемешивали под вакуумом мешалкой якорного типа до пенообразования, указывающего на начало бурного хода реакции
полимеризации. |
подготовленные |
|
После этого состав разливали в заранее |
||
формы. Полимеризацию осуществляли в комнатных |
условиях |
|
.в течение 2—3 сут. или в термостате при |
60 °С |
в течейие |
15—20 ч. Следует особо отметить, что все этапы заливки нуж но строго регламентировать, так как жизнеспособность соста ва составляет 15—20 мин. Невыполнение регламента приводит к повышению вязкости состава и, как следствие, к плохому заполнению форм, предназначенных для отливки моделей.
.32
Таким образом, получены следующие результаты:
1.Изготовлена установка и отработана технология нанесе ния антиадгезионного кремнийорганического гидрофобного по крытия в газовой фазе диметилдихлорсилана (или метилтрихлорсилана).
2.Отработана технология получения оптически активного материала и изготовления композитной модели.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. А б о л и н Н. И. Об экспериментальном исследовании полей напряже ний в матричных композитах.— В сб.: Структурно-механическое исследова ние композиционных материалов и конструкций. Свердловск: УНЦ АН СССР,
1984, с. 93—96..
2. А б о л и н Н. И. Экспериментальное исследование |
структурных на |
пряжений поляризационно-оптическим методом.— В сб.: |
Тезисы докладов |
конференции «Применение методов лазерной интерферометрии для повыше ния качества изделий». Миасс, 1983, с. 24—25.
3. 3 о т и н В. Н., |
А б о л и н Н. |
И. |
Технология получения оптически |
||
чувствительного |
полиуретана.— Информ. листок № 337-83. |
Пермь: ЦНТИ, |
|||
1983. |
Л. К-, |
П я т ы ш е в |
Л. |
В., О м е л ь ч е н к о |
Д. И. Способ |
4. Я р а л о в |
изготовления пластин из эпоксидных смол для интерферометрических мето дов исследования напряжений.— Завод, лабор., 1969, № 11, с. 1385—1386.
АКАДЕМИЯ НАУК СССР |
УРАЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР |
|
ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ КОМПОЗИТОВ |
1985 |
В. Н. КОВРОВ, В. В. МОШЕВ
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ЭЛАСТОМЕРНЫХ к о м п о з и т о в ,
п о в р е ж д а е м ы х д е ф о р м и р о в а н и е м
Многие применяемые в настоящее время методы исследова ния структуры гетерогенных систем эластомерной природы имеют существенный недостаток, который заключается в том,, что поврежденная текстура материала, наведенная деформиро ванием, исчезает по.сле разрыва, так как половинки разрушен ного образца сокращаются в течение сотых долей секунды. В результате форма поверхности разрушения не соответствует предразрывному состоянию. Поэтому данные подобных экспе риментов мало информативны.
Фиксация текстуры в ходе деформирования и ее исследова ние в эластомерных системах, обычно применяемых в химиче ской промышленности, представляет большие эксперименталь ные трудности. Ее можно было бы осуществить охлаждением растянутых образцов до —150 °С и ниже. Однако тогда потре буется препарирование образцов и их исследование при той же температуре, что практически невозможно.
Нами была проверена иная возможность. Опыты выполня ли с композитами, полимерная матрица которых переходит в развитое эластомерное состояние при повышенных температу рах порядка +120 °С. Нагружая образец при. высокой темпе ратуре (высокоэластическая область), его охлаждали в дефор мированном состоянии до комнатной температуры, при которой он находится в хрупком состоянии. При этом высокотемпера турная текстура «замораживается», в том числе и предразрывная, когда образец доводят до такого состояния.
В качестве полимерной основы композита использовали сопо
лимер метил- |
и бутилметакрилата (ПБМА) |
с температурой |
||
стеклования в |
области 90—95 °С. При |
+20 °С |
модуль упруго |
|
сти полимера составил 400 МПа, а |
разрывная |
деформация |
||
10—12%; при +120°С эти величины |
были равны |
0,6 МПа и |
||
80—100 % соответственно. |
|
предварительно |
||
Композиционные материалы приготовляли, |
||||
смешивая наполнители с мономерами |
с последующим отверж |
34
дением. Образцы такого полимера, растянутые на 50—80 % при + 120°С и охлажденные до +20 °С в растянутом состоя нии, после снятия зажимов не претерпевали заметного сокра щения, т. е. деформация замораживалась.
Указанным способом исследовали влияние деформирования на структуру трех композитов: 1) пластинки, содержащей сте клянные шарики диаметром 1,5—2 мм; 2) пластинки, содержа щей белую сажу в качестве тонкодисперсной упрочняющей добавки; 3) пластинки, содержащей белую сажу и стеклянные шарики одновременно.
На рис. 1 а хорошо видны повреждения структуры вокруг частиц, которые представляют собой удлиненные пустоты (вакуоли), образовавшиеся в результате отрыва эластомера от стеклянных шариков. Размеры вакуолей в месте их образова ния примерно одинаковы. Встречаются частицы, прочно скреп ленные с матрицей, скорее всего, в результате ослабления напряжений в матрице окружающими вакуолями. Видно так
же, что порообразование |
дает |
значительный |
вклад |
в |
общий |
|
уровень макроскопической деформации. |
|
|
|
|
||
Рис. 1 б иллюстрирует |
характер структуры, возникающей |
|||||
при растяжении эластомера, |
наполненного |
тонкодисперсным |
||||
порошком — белой сажей |
(коллоидная |
двуокись |
кремния). |
|||
Предразрывная текстура |
этого |
образца |
представляет |
собой |
сильно фибрилизованную систему с волокнами, направленными вдоль растягивающей силы. Испытания показали, что введение белой сажи повышает прочность полимера и его разрывные деформации при 120°С (в два раза), т. е. упрочняет его.
Замораживание деформаций в образце, содержащем белую сажу и стеклянные шарики (рис. 1в), подтверждает существо вание в матрице «полимер — белая сажа» тяжевых структур различных размеров.
С целью выявления более тонких элементов предразрывной текстуры были сделаны снимки на электронном микроскопе (рис. 4), позволившие выявить наряду с крупными волокнами большое количество мелких.
Возможно, что эффект упрочнения эластомеров тонкодиспер сными твердыми частицами с морфологической точки зрения связан с переходом полимерной матрицы из состояния трехос ного неравномерного нагружения в систему ориентирован ных в направлении вытяжки волокон, которая характеризуется своеобразными механизмами разрушения, объясняющими эф фект упрочнения.
Проводя опыты с сополимером метил- и бутилметакрилата, мы обнаружили, что при температурах несколько ниже темпе ратуры стеклования этот продукт обладает способностью к значительному повреждению структуры, по-видимому, в форме крейзообразования, которое воспринимается как довольно зна чительное помутнение. Естественно, что в неоднородных силовых
3* |
35 |
АКАДЕМИЯ НАУК СССР |
УРАЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР |
|
ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ КОМПОЗИТОВ |
1985 |
С.В. МЕЛЬНИКОВ
ОПРОЦЕССЕ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ
СПОЗИЦИИ МНОГОУРОВНЕВОГО ПОДХОДА
1.Современная континуальная теория прочности рассматри вает разрушение как процесс постепенного накопления повреж дений. Введение концепции накопления повреждений первона чально было связано с разработкой критериев длительной прочности на основе теорий пластичности и ползучести [7, 8, 13]. Эти исследования носили феноменологический характер без особого придания физического смысла понятию поврежде ний. Другое направление развития данной концепции основано на изучении атомно-молекулярного механизма разрушения [14, 15]. Повреждение здесь уже трактуется как разрыв атомно молекулярных связей, образование дислокаций и т. п. Широкое применение композиционных материалов в технике привело к появлению следующего направления, основанного на «механи ческом» моделировании процесса накопления повреждений с позиций механики сплошных сред [4, 9], в котором под повре ждением понимается разрушение (когезионного или адгезион ного типа) структурного элемента композита.
Указанные направления являются в основном одноуровне выми. Процессы разрушения основываются на феноменологи ческом, атомно-молекулярном или структурно-композиционном уровнях описания материала. Современные физические данные
опроцессе разрушения требуют его представления в виде про цесса, протекающего на различных уровнях.
2.В соответствии с исследованиями [10, 11], необходимые уровни выделяются из структурного разнообразия путем введения для каждого уровня представительных структурных элементов, связанных соотношениями
Q =U Q,-*1; й!‘, ПЙ/*' = 0 . |
i+П * = 1. 2, |
р; |
|
1=1 |
|
|
|
Q|A) = U |
Q/m), |
k<m, |
(1) |
/=i |
|
|
|
где Q — изучаемая система; |
— структурный |
элемент i-го |
40