Бесплатно скачать, заказать диплом, курсовую, диссертацию Влияние размера частиц эластичного наполнителя на характер разрушения дисперсно-наполненнын полимерный композитов

У нас уже 176407 рефератов, курсовых и дипломных работ

Сделать закладку на сайт

Заказать диплом, курсовую, диссертацию

Быстрый переход к готовым работам

Мнение посетителей:

Книга жалоб
и предложений

Название	Влияние размера частиц эластичного наполнителя на характер разрушения дисперсно-наполненнын полимерный композитов

Количество страниц	158

ВУЗ	МГИУ

Год сдачи	2010

Бесплатно Скачать	23278.doc

Содержание	Содержание ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 6 Глава 1. Механические свойства дисперсно-наполненных композитов... И 1.1. Композиты с жестким дисперсным наполнителем... 13 1.2. Свойства резинопластов на основе термопластичных полимеров и измельченных отходов резины... 32 1.3. Влияние трещины на разрушение полимеров... 37 Глава 2. Объекты и методы исследования... 42 2.1. Объекты исследования... 42 2.2. Получение композитов... 42 2.3. Получение пленок полимера... 44 2.4. Методы исследования... 45 2.4.1. Дисперсионный анализ... 45 2.4.2. Механические испытания... 47 2.4.3. Прокатка композитов... 47 2.4.4. Влияние температуры... 47 2.4.5. Испытания образцов с надрезом... 49 2.4.6. Микроскопия... 51 Глава 3. Хрупкое разрушение, инициирование крупными частицами наполнителя... 52 3.1. Композит ПЭСП- резина... 54 3.2. Композит ПП-резина... 70 3.3. Композиты ПЭНП-резина... 74 Выводы по главе... 80 Глава 4. Влияние прокатки на механические свойства композита ПЭСП-резина... 81 Выводы по главе... 103 Глава 5. Исследование влияния температуры на механические свойства композита ПЭСП-резина... Ю4 Выводы по главе... 128 Глава 6. Развитие трещины в пластичном полимере... 129 6.1. Критическое раскрытие трещины... 129 6.2. Влияние температуры... 131 6.3. Влияние скорости растяжения... 131 6.4. Влияние толщины образца... 134 6.5. Влияние прокатки... 138 Выводы по главе... 143 Глава 7. Критерий появления ромбовидных пор... 144 7.1. Влияние температуры... 149 7.2. Влияние скорости растяжения... 149 7.3. Соображения теории размерности... 152 Выводы по главе... 156 ВЫВОДЫ... 157 Список литературы... 158 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ пэнп - полиэтилен низкой плотности ПЭСП - полиэтилен средней плотности ПЭВП - полиэтилен высокой плотности ПП - полипропилен СЭВА - сополимер этилена с винилацетатом ПК - поликарбонат СКИ - изопреновый каучук СКЭПТ - этилен-пропилендиеновый каучук Введение. Актуальность темы Наполнители вводят в полимеры с целью создания новых материалов с комплексом необходимых эксплуатационных характеристик. Минеральные частицы вводят в полимеры главным образом для увеличения жесткости материала. Кроме того, использование наполнителей может уменьшить усадку, улучшить перерабатываемость, повысить водо- и химическую .стойкость, улучшить электро- и теплоизоляционные характеристики, повысить огнестойкость и т.д. [1]. С увеличением концентрации частиц наполнителя в композитах на основе термопластичных полимерах наблюдается переход от пластичного к хрупкому разрушению [2, 3]. Изменение механизма разрушения сопровождается резким уменьшением относительного удлинения при разрыве - от сотен процентов до «10%. ( Согласно [3, 4], охрупчивание композитов связано с образованием шейки в полимерной матрице. При определенной степени наполнения, типичное значение которой равно 10-15%, материал разрушается в процессе формирования шейки, и его относительное удлинение оказывается очень малым. Изучение проблемы охрупчивания дисперсно-наполненных полимеров представляется актуальным как с точки зрения фундаментальных ¦^ аспектов механики разрушения композиционных материалов, так и для успешного решения широкого круга прикладных задач. Помимо жестких неорганических частиц, в качестве наполнителя используют частицы резины, полученной измельчением отходов резино- технических изделий и автомобильных шин. Материалы на основе термопластичного полимера и частиц резины получили название резинопласты [5]. Отличие порошка резины от традиционно используемых жестких наполнителей заключается, во-первых, в том, что модуль упругости эластичного наполнителя значительно меньше модуля упругости термопластичной матрицы. Второе отличие заключается в большом размере частиц резины, который достигает сотен микрон. При исследовании влияния размера жестких неорганических частиц на деформационные свойства композитов было установлено, что использование крупных частиц приводит к более существенному снижению относительного удлинения при разрыве, чем мелкие частицы [6, 7]. Причина отрицательного влияния частиц большого размера на деформационные свойства композиционных материалов осталась не выясненной. Цель работы состоит в изучении влияния размера частиц на механические свойства резинопластов и механизм их разрушения. При этом проводились следующие исследования: 1. Изучалось влияние размера частиц резины на форму пор, образующихся в процессе растяжения. 2. Исследовалось влияние прокатки и температуры на деформационно -прочностные характеристики композитов. 3. Исследовался процесс роста трещин в пластичных ненаполненных полимерах. Научная новизна • Впервые установлено, что размер частиц наполнителя предопределяет (^ форму образующихся пор. Вблизи мелких частиц появляются овальные поры, а вблизи крупных - ромбовидные, которые представляют собой устойчиво ростущие трещины. Ромбовидные поры способны инициировать хрупкое разрушение при крайне низком содержании наполнителя. • Впервые определен критерий появления ромбовидных пор. Ромбовидная пора появляется, если ее удлинение достигает критического раскрытия трещины в ненаполненном полимере. • Установлено, что естественная степень вытяжки в шейке является важной характеристикой полимера. Если деформация, при которой появляются ромбовидные поры, превышает естественную степень вытяжки ф матричного полимера в шейке, наполненный композит ведет себя как макроскопически пластичный материал. Если деформация появления ромбовидных пор меньше естественной степени вытяжки полимера в шейке, композит ведет себя как макроскопически хрупкий материал. • Впервые систематически исследовано влияние температуры на деформационное поведение наполненных композитов в широком '0 диапазоне составов. Увеличение температуры приводит к возрастанию критического раскрытия трещины в ненаполненной матрице, и как следствие, увеличению критического размера частиц, при котором образуются опасные ромбовидные поры. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным применением экспериментально-измерительных средств и методов обработки экспериментальных результатов. Примененная в исследовании аппаратура откалибрована по эталонам. Результаты исследования были представлены на конференциях. Практическая ценность Полученные в настоящей работе результаты могут быть использованы для прогнозирования деформационно-прочностных свойств дисперсно-наполненных композитов. Рекомендован диапазон оптимальных значений размера частиц наполнителя, в пределах которого можно избежать появления опасных дефектов, приводящих к быстрому разрушению композита. Апробация работы Основные результаты выполненного исследования доложены на 12 Международной научной школе «Вибротехнология-2002» (Одесса, 2002); на Третьей Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры 2004», Москва, 2004; на 5~ Международной научно-технической конференции «Чкаловские чтения», посвященной 100-летию со дня рождения В.П. Чкалова, Москва, 2004. Публикации По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Структура и объем работы Диссертация состоит из 7 глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 172 страницах, содержит 3 таблицы и 66 рисунков. Список литературы включает в себя 111 публикаций. Глава 1. Механические свойства дисперсно-наполненных полимерных композитов ^ Наполнители вводят в полимеры с целью создания новых материалов с комплексом необходимых эксплуатационных характеристик. Минеральные частицы вводят в полимеры главным образом для увеличения жесткости материала. Кроме того, использование наполнителей может привести к снижению стоимости, уменьшить усадку, улучшить перерабатываемость, повысить водо- и химическую стойкость, улучшить электро- и теплоизоляционные характеристики, повысить огнестойкость, увеличить ударную прочность, изменить в желаемом направлении сорбцию, газо- и паропроницаемость, уменьшить склонность к деструкции и старению [8-14]. Результаты исследования структуры и механических свойств дисперсно-наполненных полимерных композитов изложены в многочисленных Л публикациях и обобщены в ряде обзоров [15-26]. Своеобразным наполнителем для полимеров является дисперсная резина, полученная при измельчении отходов резино-технических изделий [7, 10]. Использование резинового порошка, как наполнителя, в первую очередь продиктовано необходимостью утилизации отходов. В связи с увеличением использования полимерных материалов, особенно изношенных ^ автомобильных шин, резко возрастает количество отходов. Их утилизация в настоящее время является актуальной экологической проблемой, поскольку при захоронении они устойчивы к естественному разложению, а их сжигание приводит к выделению токсичных газообразных продуктов. Отходы полимерных материалов являются огромным, но мало используемым сырьевым ресурсом. Переработка изношенных изделий дает возможность вторично использовать полимерное сырье [27-30]. Особенностью резины является наличие сшивок полимерных цепей в результате ее вулканизация. Вулканизованная резина не плавится, а также не способна к вязкому течению, поэтому в продолжении многих десятилетий изношенные автомобильные шины и другие резино-технические изделия сжигали, не умея использовать их вторично. Измельчение и регенерация являются ключевыми моментами в решении этой проблемы [31, 32]. Резиновый порошок, полученный при измельчении резины, вводят в составы битумов, мастик, сорбентов [31], невулканизованных каучуков для получения резины [33-35] и т.д. Перспективным направлением практического применения измельченных отходов резины является наполнение ими термопластичных полимеров [7, 10, 31]. Материалы на основе полимеров и частиц резины получили название резинопластов. Введение небольшого количества порошка резины (до 25%) в состав полимеров приводит к росту ударной вязкости [36-38] и светостойкости (в составе резины есть сажа, которая защищает полимер от действия света и увеличивает их стойкость к воздействию климатических факторов) [39]. Свойства композита зависят от того, является ли матрица хрупкой или пластичной [1, 12, 15, 21]. К теме настоящей диссертации особенности механического поведения материалов на основе хрупких полимерных матриц прямого отношения не имеют, и поэтому в литературном обзоре основное внимание уделено композитам на основе высокодеформативных (каучукообразных и термопластичных) матриц. 1.1. Композиты с жестким дисперсным наполнителем На рис. 1.1 приведена типичная диаграмма зависимости инженерного напряжения (т.е. растягивающей силы, деленной на исходное сечение образца) от деформации термопластичного полимера. Его поведение при растяжении характеризуется верхним пределом текучести аут (напряжением, соответствующим максимуму на рис. 1.1), нижним пределом текучести crdm (напряжению, соответствующему течению при постоянном напряжении) и пределом прочности ат. При введении наполнителя каждый из трех перечисленных параметров изменяется. Модель Смита-Нильсена Для описания влияния частиц на прочность композита на основе каучукоподобной матрицы и жестких частиц успешно использовали модель, предложенную Смитом и модифицированную Нильсеном [1,15, 40] (рисЛ .2). Эта модель является основой науки о наполненных композиционных материалов. Она предполагает, что частицы наполнителя находятся в узлах регулярной кубической решетки. Элементарная ячейка представляет собой куб с единичной длиной ребра. В центре куба расположена частица сферической (Смит [15]) или кубической (Нильсен [1, 40]) формы. Анализ влияния степени наполнения на предел прочности композита проводился в предположении, что в процессе растяжения частицы отслаиваются от матрицы [15, 40]. Основанием для этого является большая величина деформации при разрыве полимера (сотни процентов). Кроме того, предполагалось, что трещина растет через слабейшее сечение, в котором минимально содержание матрицы (сечение (АА), рис. 1.2). При пренебрежениия концентрацией напряжения вблизи отслоившихся частиц, растягивающая сила в этом сечении а*с пропорциональна сечению матрицы & с = & т ^т , где a m - напряжение в матрице и Sm - ее площадь. Разрушение происходит при достижении предела прочности матрицы в плоскости частиц АА. Прочность композита ас можно записать в виде О~с = OmSm } где стт - прочность матрицы. Полный объем частиц кубической формы равен Na , где N-количество частиц. Поскольку полный объем композита равен N L3, где L - размер ячейки периодичности, объемная доля частиц Vf равна (a/L)3. Переходя от площади частиц (Sf = а2) к их объемной доле Vf, уравнение концентрационной зависимости прочности композита имеет вид: где Vf- объемная доля частиц, (3 - коэффициент формы частиц, который для частиц кубической формы равен 1, а для сферической формы - 1.21. При выводе (1.1) отслоенные частицы наполнителя фактически рассматривались как поры в полимере, т.е. пренебрегалось концентрацией напряжения, которое , определяли делением силы на сечение матрицы [1, 15, 40]. Уравнение (1.1) получило название «закона двух третей». Рис. 1.3 иллюстрирует влияние доли частиц на относительную прочность наполненных композитов на основе различных полимерных матриц [41]. Относительная прочность сравнительно нечувствительна к типу полимера и величине адгезии к частицам, а зависит лишь от объемной доли частиц в согласии с формулой (1.1). Нечувствительность композита к адгезии объясняется большой величиной деформации при разрыве, вследствие чего все частицы перед разрушением материала отслаиваются от матрицы вне зависимости от силы сцепления. Сплошная линия соответствует формуле (1.1), в которой (3=1.21. Естественно, что частицы распределены по объему материала случайно и модель регулярно упакованных частиц является довольно грубой. Тем не менее, она сравнительно хорошо описывает экспериментальные данные. Верхний предел текучести Используя эту же модель (рис. 1.2), Николаис и Наркис получили аналогичное выражение для верхнего предела текучести полимера, {т наполненного слабо связанными частицами, которые отслаиваются от матрицы до достижения верхнего предела текучести композита [42]

Список литературы

Цена, в рублях: (при оплате в другой валюте, пересчет по курсу центрального банка на день оплаты)	1425

Скачать бесплатно	23278.doc

Найти готовую работу

ЗАКАЗАТЬ

Обратная связь:

Связаться

Вход для партнеров

Регистрация

Восстановить доступ

Материал для курсовых и дипломных работ

15.04.24 Задачи, условия и этапы организации экспериментальной работы

15.04.24 Критерии качества преподавания

15.04.24 Категория нормы в обучающей деятельности

Архив материала для курсовых и дипломных работ

Ссылки:

Счетчики:

© 2006-2022. Все права защищены.
Выполнение уникальных качественных работ - от эссе и реферата до диссертации. Заказ готовых, сдававшихся ранее работ.