Da biste ispravno razumjeli o čemu se govori u ovom članku, prvo morate ispravno definirati izraz - termoplastični kompozitni materijali (T.K.M.), a ni u kojem slučaju se ne brkati sa spojem, jer govorimo o potpuno različitim materijalima. Dakle, što je termoplastični kompozitni materijal (kompozit)? je heterogeni višefazni materijal od dvije ili više komponenti sa jasnim međuprostorom između njih i kvalitativno novim svojstvima uz zadržavanje kemijske individualnosti svake komponente. Sastoji se od plastične podloge (matrice), koja služi kao vezivo, i inkluzija različitih komponenti u obliku praha, vlakana itd. (punilo). Matrica osigurava čvrstoću materijala, prijenos i raspodjelu naprezanja između punila, određuje nepropusnost, toplinu, vlagu, požarnu i hemijsku otpornost kompozita, njegove tehnološke, kao i termofizičke, električne i radiotehničke osobine. Optimalna kombinacija operativnih i tehnoloških svojstava usmjerena je na regulaciju svojstava i sadržaja matrice i punila, interakciju između njih na međusklopu, orijentaciju punila. Upotreba više matrica (polimatrični kompoziti) ili punila različite prirode (hibridni kompoziti) proširuje mogućnosti regulacije svojstava kompozita. Osnovni razredi polimera se koriste kao matrice termoplastičnih kompozitnih materijala. Savremeni asortiman osnovnih termoplastičnih polimera, u zavisnosti od nivoa njihove elastične čvrstoće i otpornosti na deformaciju na toplotu, konvencionalno je podeljen u tri grupe.

Prema svojoj molekularnoj strukturi, termoplasti se dijele u dvije grupe - amorfne i kristalne. Zbog strukturnih karakteristika, najveći interes za proizvođače su polimeri druge grupe, koji mogu ponuditi viši nivo fizičke mehanička svojstva i veliku hemijsku otpornost.

Obim svjetske proizvodnje termoplasta (1990. - 86 miliona tona, 2000. - 150 miliona tona, 2010. godine, prema prognozama - 258 miliona tona) znatno premašuje obim svjetske proizvodnje termoreaktivne plastike. Kao punila mogu se koristiti čvrsta punila u obliku praha, vlakna različitih dužina, tkane i netkane strukture formirane od vlakana različite hemijske prirode. Ovisno o izvršenim funkcijama, punila se dijele u tri grupe:

Inertan- barit, dolomit, prirodna kreda, mermer itd. Njihova upotreba je zbog želje da se smanji trošak konačnog proizvoda, kada je dopušteno određeno pogoršanje svojstava materijala;

Aktivan- uglavnom na bazi prirodnih silikata - volastonit, kaolin, liskun, talk. Njihova poboljšana tehnološka svojstva određena su „prirodnim faktorima: oblikom čestica, stepenom njihove anizotropije, hemijom površine čestica u odnosu na polimere;

Funkcionalizovan ili površno modifikovan. Poznato je da je funkcionalna modifikacija površine punila organskim i/ili anorganskim jedinjenjima od velikog značaja za poboljšanje kvaliteta i konkurentnosti kompozitnih materijala, koji omogućavaju da se punilu daju dodatna svojstva koja poboljšavaju ili optimizuju važne parametre materijala za punjenje. termoplastični. To je treća grupa punila koja najviše obećava za proizvodnju termoplastičnih kompozitnih materijala.

U vezi s navedenim, punilo postaje nosilac posebnih svojstava, što omogućava dopunu, zamjenu ili uštedu odgovarajućih tehnoloških aditiva. Upotreba punila u polimerima omogućava vam kontrolu svojstava proizvoda u najširem rasponu primjena.

Termoplastični kompozitni materijali mogu se uvjetno podijeliti u sljedeće grupe ovisno o potrebnim kvalitetama za konačni proizvod i opsegu primjene:

Ispunjeni - imaju povećane karakteristike čvrstoće zbog uvođenja mineralnih punila - krutost, čvrstoća, otpornost na skupljanje;

Usporivači plamena - imaju povećanu otpornost na vatru i ne podržavaju izgaranje bez vanjskog izvora plamena zbog uvođenja posebnih aditiva - usporivača požara;

Adhezivi - imaju povećana svojstva prianjanja u sistemima polimer-polimer, polimer-metal itd. modifikacijom takvih kopolimera kao što su: kopolimer etilen vinil acetata, kopolimer etilen etil akrilata;

Otporan na mraz - imaju povećanu otpornost na niske temperature zbog uvođenja mineralnih punila i elastomera;

Umreženi - imaju povećanu otpornost na toplinu, čvrstoću i krutost zbog zračenja ili kemijskog umrežavanja polimera;

Polymatrix - imaju dodatna svojstva koja se razlikuju od osnovnih klasa zbog miješanja različitih vrsta polimera;

Hibrid - imaju proširene mogućnosti regulacije svojstava kompozita zbog uvođenja punila različite prirode.

Jedan od vodećih problema moderne nauke o materijalima je stvaranje nove generacije termoplastičnih kompozitnih materijala koji bi zadovoljili prilično kontradiktorne zahtjeve proizvođača i potrošača.

Rječnik.

Plastika (plastika, plastika)- konstrukcijski materijali koji sadrže polimer, koji je u viskozno-tekućem stanju tokom formiranja proizvoda, a u staklastom stanju tokom njegovog rada. Ovisno o razlogu prijelaza iz viskozno-tečećeg u staklasto stanje, koji se javlja tijekom oblikovanja proizvoda, plastike se dijele na termoreaktivne i termoplastične.

Polimeri- jedinjenja velike molekularne težine, čiji se molekuli (makromolekuli) sastoje od velikog broja ponavljajućih grupa, ili monomernih jedinica, povezanih hemijskim vezama.

Termoplastika- polimerni materijali koji omogućavaju višestruke prelaze u stanje viskoznog tečenja kada se zagrevaju.

Reaktoplastika, termoreaktivna plastika- polimerni materijali, koji se zagrijavanjem ili pod djelovanjem učvršćivača pretvaraju u netopivo i nerastvorljivo stanje.

Elastomeri- polimeri i materijali na njihovoj bazi. Posjeduje visoko elastična svojstva u širokom rasponu radnih temperatura. Tipični elastomeri su gume i gume.

Polimerna jedinjenja- kompozicije na bazi termoreaktivnih oligomera (epoksidne i poliesterske smole, tečne organosilicijumske gume) ili monomera (metakrilati, prekursori za sintezu poliuretana), namenjene za izolaciju provodnih kola i delova u električnoj, radiotehničkoj i elektronskoj opremi. Osnovni zahtjevi za spojeve: br isparljiva materija; dovoljno velika vitalnost; niskog viskoziteta.

Toplotna otpornost polimera- sposobnost održavanja tvrdoće (odnosno da ne omekša) kada temperatura poraste. Kvantitativni pokazatelj toplinske otpornosti u ovim slučajevima je temperatura na kojoj deformacija uzorka u uvjetima konstantnog opterećenja ne prelazi određenu vrijednost.

dx.doi.org/ 10.18577 / 2307-6046-2015-0-6-9-9

UDK 541.6: 539.25

METODOLOŠKA PITANJA ANALIZE FAZNE MORFOLOGIJE MATERIJALA NA BAZI SINTETIČKIH SMOLA MODIFIKOVANIH TERMOPLASTIMA (recenzija)

Efikasan način za povećanje otpornosti na lom polimernih kompozitnih materijala (PCM) je modifikacija sintetičkih smola termoplastom. Strukturno formiranje u takvim sistemima je praćeno razdvajanjem mikrofaza sa formiranjem karakteristične fazne morfologije. Razmatra se stanje tehnike elektronsko mikroskopsko proučavanje fazne morfologije termoreaktivno-termoplastičnih sistema i PCM-a zasnovanih na njima. Razmatraju se sljedeća metodološka pitanja u proučavanju fazne morfologije: nivo informativnosti metode istraživanja, efikasnost kontrastiranja karakterističnih elemenata mikrostrukture, obrazloženje izbora ključnih morfoloških parametara i metode njihovog mjerenja.

Uvod

Poboljšanje radnih svojstava termoreaktivne plastike kada se modificira termoplastikom je važno područje u nauci o polimernim materijalima. Osnovni cilj takve modifikacije je povećanje otpornosti na lom termoreaktivne plastike i kompozitnih materijala na njoj. Povećanje otpornosti na udarce i pukotine posebno je važno za materijale koji se koriste u konstrukciji aviona.

Mnogi moderni naučni radovi naglašavaju potrebu primjene pristupa "sastav-tehnologija-struktura-svojstva" u razvoju novih materijala. Ovaj pristup je također efikasan u razvoju polimernih kompozitnih materijala (PCM) sa povećanom otpornošću na lom. Kontrolisanje fizičko-hemijskih svojstava komponenti i sastava mešavine termoplasta sa sintetičkom smolom omogućava stvaranje novih strukturnih i funkcionalnih materijala sa unapred određenim skupom svojstava. Jedan od ključnih parametara preko kojih je moguće regulisati i kontrolisati svojstva materijala na osnovu sistema "termoset-termoplastika" je njegova fazna morfologija. Utjecaj strukturno-faznog stanja PCM-a na njihova svojstva trenutno je predmet intenzivnog istraživanja. Sastavni dio naučni radovi za poboljšanje disipativnih svojstava polimernih matrica PCM-a je proučavanje fazne morfologije i njenog uticaja na svojstva eksploatacije materijala.

Termoset-termoplastični sistemi se značajno razlikuju po svojoj morfologiji faza. U zavisnosti od koncentracije i termodinamičke kompatibilnosti komponenti, temperature početka hemijske reakcije očvršćavanja i niza drugih faktora, formira se struktura različite morfologije faza i međufazne adhezije. Ako je početna reakcijska smjesa bila homogena otopina termoplasta u sintetičkoj smoli, onda kako reakcija stvrdnjavanja teče, topljivost termoplasta se smanjuje zbog povećanja molekularne težine smole. Drugi važan faktor koji utiče na termodinamičku kompatibilnost komponenti tokom reakcije očvršćavanja je promena hemijske strukture sintetičke smole tokom transformacije funkcionalnih grupa u produkte reakcije. U većini termoreaktivno-termoplastičnih sistema, koji su interesantni sa stanovišta praktične primene, dalje povećanje konverzije dovodi do mikrofaznog razdvajanja. Primarna morfologija se formira pretežno prije geliranja u α-fazi (faza obogaćena termoreaktivnom plastikom). Formiranje morfologije sekundarne faze može se uočiti u β-fazi (faza obogaćena termoplastom) nakon geliranja u α-fazi. Parametri morfologije sekundarne faze su osjetljivi na temperaturu naknadnog stvrdnjavanja termoset-termoplastičnog sistema. U zavisnosti od svojstava sistema "sintetička smola-termoplastika" i parametara načina očvršćavanja, fazna dekompozicija se može odvijati po mehanizmu nukleacije i rasta, po mehanizmu spinodalnog odvajanja ili po mešovitom tipu. Mehanizam fazne dekompozicije određuje morfološke parametre kao što su veličina, prostorna distribucija i distribucija veličina čestica dispergovane faze.

Koncentracija termoplasta u početnoj reakcijskoj smjesi jedan je od glavnih parametara koji određuju faznu morfologiju očvrslog materijala. S povećanjem koncentracije termoplasta, fazna morfologija se mijenja iz dispergirane morfologije, prvo u ko-kontinuiranu, a zatim u morfologiju sa preokretom faze (slika 1.). Mnogo je teže generalizovati uticaj temperature stvrdnjavanja na morfološke parametre mikrostrukture, jer menja odnos brzina razdvajanja faza i hemijskih reakcija očvršćavanja. Analiza naučne i tehničke literature pokazuje da se u razvoju materijala na bazi sintetičkih smola modifikovanih termoplastom, glavna pažnja u mikrostrukturnim studijama poklanja uticaju koncentracije, hemijske strukture i molekulske mase termoplasta i temperaturnog režima očvršćavanja. na faznu morfologiju materijala. Trenutno su u toku aktivna istraživanja usmjerena na regulaciju morfologije faza i međufazne adhezije korištenjem kompatibilizatora (supstanci koje smanjuju površinsku napetost na međufaznoj površini i povećavaju međufaznu adheziju na granici polimer-polimer).

Rice. 1. Vrsta morfologije faze:

a - raspršena; b - spavanje neprekidno; c - sa preokretom faze; d - njegov odnos sa koncentracijom termoplasta

Elektronska mikroskopija u kombinaciji sa specijalizovanim metodama pripreme uzoraka je informativna metoda za proučavanje fazne morfologije polimernih mješavina. Glavna metodološka pitanja elektronsko mikroskopskih proučavanja fazne morfologije su: nivo informacionog sadržaja istraživačke metode, efikasnost kontrastnih karakterističnih elemenata mikrostrukture, obrazloženje izbora ključnih morfoloških parametara i metoda njihovog merenja. Rješenje ovih pitanja u kombinaciji sa dubokim razumijevanjem fizičko-hemijskih procesa formiranja strukture proučavanog polimernog materijala doprinijet će razvoju elektronske mikroskopije kao jedne od metoda pružanja informacija o odnosu "sastav-tehnologija-struktura". -osobine" u materijalima na bazi sistema "termoreaktivna plastika-termoplast"... U ovom članku se razmatra trenutno stanje elektronsko mikroskopskih proučavanja fazne morfologije materijala na bazi sintetičkih smola modificiranih termoplastom i primjena rezultata ovih istraživanja. Sve mikrofotografije predstavljene u radu autori članka su dobili tokom elektronskih mikroskopskih studija termoreaktivno-termoplastičnih sistema (s obzirom da se članak bavi opštim metodološkim pitanjima, podaci o određenim markama materijala nisu dati).

Informativna vrijednost proučavanja strukture materijala

baziran na sistemu "termoreaktivno-termoplastika" metodom elektronske mikroskopije

Glavne informacije dobijene elektronskim mikroskopskim proučavanjem termoset-termoplastičnih sistema su tip morfologije faze, geometrijske karakteristike faza i njihova prostorna distribucija. Morfologija primarne faze (raspad na α- i β-fazu) istražuje se skenirajućim elektronskim mikroskopom (SEM). Za ovaj nivo organizacije strukture materijala poznate su neke korelacione zavisnosti svojstava od parametara fazne morfologije. Zanimljiva karakteristika Formiranje strukture predviđeno na osnovu termodinamičke analize razdvajanja faza korišćenjem Flory-Hugginsovog modela srednjeg polja je formiranje morfologije sekundarne faze tokom raspada β-faze. Tokom razgradnje β-faze, u kontinuiranoj fazi nastaje disperzija termoreaktivnih domena (γ-faza), obogaćena termoplastom (δ-faza). Morfologija sekundarne faze se istražuje transmisijskom elektronskom mikroskopom (TEM) na presecima submikronske debljine pripremljenim na mikrotomu. U naučnoj literaturi postoji samo nekoliko radova posvećenih proučavanju ovog nivoa organizacije konstrukcije, stoga nema podataka o utjecaju parametara morfologije sekundarne faze na svojstva materijala. Na sl. 2 prikazuje mikrofotografije fazne morfologije epoksidne termoreaktivne plastike modificirane polisulfonom.

Rice. 2. Primarni ( a) i sekundarni ( b) fazna morfologija sistema "termoreaktivno-termoplastični".

Informativni sadržaj elektronskih mikroskopskih studija sada je značajno povećan zbog upotrebe analitičke elektronske mikroskopije, koja predstavlja skup metoda koje objedinjuje zajednički zadatak - dobijanje informacija o elementarnom sastavu i hemijskoj strukturi faza. Upotreba rendgenske spektralne mikroanalize omogućava otkrivanje prostorne distribucije polimera u smjesi ako sadrži kontrastne atome. Na primjer, ako je termoplastična komponenta termoreaktivno-termoplastičnog sistema polisulfon (sadrži atome sumpora), tada će istraživač moći izvući zaključak o raspodjeli polisulfona iz intenziteta karakterističnog rendgenskog zračenja atoma sumpora. Primjer konstruiranja koncentracijskog profila sumpora u epoksidnoj termoreaktivnoj smoli modificiranoj polisulfonom metodom analitičke transmisione mikroskopije prikazan je na Sl. 3. Pokazano je da karakteristične fazne formacije odgovaraju promjeni koncentracije sumpora duž koordinate, što omogućava određivanje prirode identificiranih strukturnih elemenata. Prostorna rezolucija pri elementarnoj mikroanalizi sistema "termoset-termoplastika" značajno je povećana upotrebom metoda transmisione analitičke elektronske mikroskopije. Skenirajuća analitička elektronska mikroskopija je svestranija i pruža informacije o elementarnom sastavu ne samo za mikrostrukturne studije, već i za fraktografske studije.

Rice. 3. Profil koncentracije sumpora u epoksidnoj termoreaktivnoj plastici modificiranoj polisulfonom

Ograničena primenljivost rendgenske spektralne mikroanalize za proučavanje polimernih materijala je zbog niske osjetljivosti ove metode na elemente s malim atomskim brojem (C, O, N, itd.), niske električne provodljivosti i nedovoljne radijacijsko-termalne stabilnosti većina polimera. Još jedan nedostatak ove metode je što daje samo informacije o elementarnom sastavu. Metoda koja obećava, lišena mnogih gore opisanih nedostataka, je formiranje elektronske mikroskopske slike na osnovu podataka spektroskopije o karakterističnim gubicima energije elektronima (EELE). Primena ove metode daje informacije o hemijskoj strukturi faza, omogućava, bez posebne kontrastne pripreme uzoraka, da se otkriju formacije faza u polimernim smešama koje se sastoje samo od elemenata sa malim atomskim brojem, a takođe značajno povećava tačnost kvantitativne elementarne analize takve sisteme. U radu ovom metodom otkriveni su znaci mikrofazne stratifikacije u sistemu "bis (vinilfinil) etan-polifenilen oksid" i konstruisane mape distribucije kiseonika (a samim tim i faze obogaćene polifenilen oksidom) sa prostornim rezolucija do 10 nm.

Posebne metode pripreme uzoraka

za elektronski mikroskopski pregled

Glavni zadatak pripreme uzorka je postizanje najboljeg kontrasta između proučavanih nehomogenosti mikrostrukture materijala. U zavisnosti od metode elektronske mikroskopije i potrebnih informacija o strukturno-faznom stanju sistema, različite metode kontrastno. Uzorci za TEM studije pripremaju se mikrotomijom. Najefikasniji način kontrastnog bojenja preseka mikrotoma su osmijum tetroksid OsO 4 i rutenijum tetroksid RuO 4. Osmijum tetroksid se koristi za bojenje faza koje sadrže komponente sa nezasićenim vezama. Za kontrastiranje fazne morfologije termoreaktivno-termoplastičnih sistema, RuO 4 je efikasniji, jer intenzivno boji komponente koje sadrže etar, alkohol, amin i aromatične grupe.

SEM dubina polja omogućava da se ova metoda koristi za proučavanje uzoraka sa razvijenim površinskim reljefom. S tim u vezi, za proučavanje fazne morfologije metodom SEM, čipovi polimerne matrice izrađuju se na temperaturi tečni azot... Dobijeni uzorci su pogodni za grubu procjenu međufazne adhezije i distribucije veličine čestica dispergirane faze. U mnogim radovima na kvantitativnoj analizi fazne morfologije koristi se selektivno jetkanje rastvaračima. Jetkanje organskim rastvaračima dovodi do potpunog uklanjanja termoplastične faze i omogućava dobijanje elektronske mikroskopske slike pogodne za direktnu stereometrijsku kvantitativnu analizu. Još jedna popularna metoda pripreme uzoraka za SEM je izrada tankih preseka. U ovom slučaju, kao i kod mikrotomacije, proučavanje fazne morfologije vrši se na dvodimenzionalnom presjeku materijala, a za određivanje pravih prostornih morfoloških parametara potrebno je izvršiti određenu matematičku obradu podataka. .

Parametri određeni kvalitativnom i kvantitativnom analizom

morfologija faza i njihov odnos s makroskopskim svojstvima materijala

Kvalitativni parametar fazne morfologije, na koji svojstva sistema "sintetička smola-termoplastika" i parametri očvršćavanja ovog sistema imaju najveći uticaj je tip fazne morfologije. Ovaj parametar daje važne informacije o disipativnim svojstvima materijala. Pokazano je da, u općem slučaju, žilavost loma raste s prijelazom iz dispergirane morfologije u morfologiju s faznom inverzijom. Istovremeno, podaci o optimalnom tipu fazne morfologije, pri čemu se istovremeno postiže značajno povećanje žilavosti loma i čuvaju vrijedna svojstva termoreaktivnih spojeva (visok modul, otpornost na toplinu, otpornost na organska otapala itd.). U radu je naznačeno da se optimalna kombinacija svojstava postiže kada se formira disperzna morfologija sa maksimalno mogućim zapreminskim udjelom termoplasta, dok je u radu naznačeno da je najefikasnija morfologija spavanja-kontinuirana. Ove studije ukazuju na potrebu kontrole takvog kvantitativnog morfološkog parametra kao što je volumenski udio dispergirane faze termoplasta. Određivanje ovog parametra metodom SEM najispravnije se provodi na tankom presjeku. Prema prvom osnovnom stereometrijskom odnosu, volumni udio faze u materijalu jednak je ulomku koji zauzimaju poprečni presjeci faze u području tankog presjeka.

Drugi važni kvantitativni morfološki parametri su veličina i distribucija veličine čestica faza. Direktno mjerenje ovih parametara vrši se niskotemperaturnim cijepanjem polimerne matrice. Točnije vrijednosti ovih parametara mogu se dobiti posebnom matematičkom obradom podataka dobijenih proučavanjem tankih rezova ili mikrotomskih preseka. U radu je opisan algoritam matematičke obrade i model na osnovu kojeg se izvodi matematička obrada. U radu je naznačeno da se optimalna kombinacija svojstava modificirane termoreaktivne plastike postiže ako je veličina dispergirane faze termoplasta u rasponu od 0,1 do 10 μm. Veličina čestica dispergirane faze termoplasta ovisi o koncentraciji termoplasta, temperaturnom režimu stvrdnjavanja, upotrebi kompabilizatora i nizu drugih faktora. S formiranjem dispergirane morfologije, veličina čestica termoplastične faze raste s povećanjem koncentracije termoplasta. Povećanje početne temperature očvršćavanja može dovesti do suprotnih trendova veličine čestica. Naučna literatura opisuje i povećanje i smanjenje veličine čestica termoplastične faze sa povećanjem početne temperature očvršćavanja. To je zbog činjenice da povećanje temperature dovodi do povećanja brzine kemijske reakcije stvrdnjavanja i do povećanja brzine odvajanja faza. Ovi procesi utječu na veličinu čestica dispergirane faze termoplasta na suprotan način i koji će se proces intenzivirati u većoj mjeri s povećanjem temperature i odrediti faznu morfologiju stvrdnute polimerne matrice. Brojni radovi ukazuju na to da formiranje morfologije sa bi- ili polimodalnom raspodjelom veličina termoplastičnih čestica dovodi do dodatnog povećanja disipativnih svojstava materijala. Morfologija faze sa takvom distribucijom veličine čestica može se formirati zajedničkom modifikacijom sintetičke smole sa termoplastima različite hemijske strukture ili pri visokoj brzini reakcije stvrdnjavanja.

Određivanje parametara fazne morfologije daje važne informacije za fraktografska istraživanja termoset-termoplastičnih sistema. Trenutno su dispergovanim termoplastičnim česticama opisani kvalitativni mehanizmi povećanja disipativnih svojstava polimernih matrica i predloženi su kvantitativni modeli očvršćavanja. Glavni mehanizmi stvrdnjavanja u termoreaktivnoj plastici modificiranoj termoplastikom uključuju preklapanje pukotine s termoplastičnim česticama, savijanje oko termoplastičnih čestica pukotinom i stvaranje posmičnih traka i mikropukotina u matrici. Mehanizmom koji najefikasnije povećava disipativne osobine polimerne matrice smatra se premošćavanje pukotina česticama dispergirane faze termoplasta, koje je praćeno plastičnim istezanjem i lomljenjem ovih čestica. Ovaj mehanizam se realizuje uz visoku međufaznu adheziju i nanoveličine čestica termoplastične faze. Na sl. Slika 4 prikazuje površine loma polimerne matrice epoksidne termoreaktivne smole modificirane polisulfonom s ko-kontinuiranom faznom morfologijom. U području dispergirane morfologije karakterističan element strukture su termoplastične čestice uništene kao rezultat plastične deformacije. Područje morfologije fazne inverzije karakterizira složeni reljef površine loma, koji je uzrokovan savijanjem rastuće pukotine oko tvrdih čestica epoksidne termoreaktivne plastike i plastičnom deformacijom kontinuirane faze termoplasta.

S obzirom na to da se kao polimerne matrice modernih PCM-a koriste termoreaktivno-termoplastični sistemi, važno pitanje je promjena fazne morfologije u prisustvu armirajućeg punila. Brojni naučnoistraživački radovi posvećeni su sistematskom proučavanju uticaja hemijske prirode vlakana punila za armiranje i stanja njihove površine na kvalitativne i kvantitativne parametre fazne morfologije. U radu je pokazano da se oko staklenih vlakana formira sloj obogaćen epoksidnom termoreaktivnom plastikom, što negativno utiče na disipativne osobine PCM-a. Takav sloj nije pronađen oko karbonskih i aramidnih vlakana. U radu je prikazano povećanje prosječne veličine čestica dispergirane faze termoplasta u blizini vlakana armirajućeg punila. U radu se predlaže kvantitativni parametar promjene fazne morfologije u prisustvu armirajućeg punila: broj čestica dispergirane faze termoplasta po jedinici površine na određenoj udaljenosti od vlakna. Također je pokazano da koncentracija raspršenih termoplastičnih čestica u blizini vlakna raste aktivacijom njegove površine i ovisi o kemijskoj strukturi termoplasta. Treba napomenuti da, unatoč istraživačkom radu provedenom u ovom smjeru, za sada nije formulirana jedinstvena ideja o učinku punila na formiranje fazne morfologije.

Rice. 4. Fazna morfologija epoksidne termoreaktivne smole modificirane polisulfonom ( a), te površina loma u području dispergirane morfologije ( b) i fazno obrnutu morfologiju ( v)

Prikazani rad odražava ulogu elektronskih mikroskopskih studija u razvoju polimernih matrica na bazi termoset-termoplastičnih sistema za PCM visoke otpornosti na udar i pucanje. Budući da se optimalna kombinacija svojstava ovakvih materijala postiže tokom formiranja mikrostrukture nastale kao rezultat razdvajanja mikrofaza, najvažniji problemi su kontrola i praćenje morfologije faza. Ovaj rad daje primjere informacija o strukturno-faznom stanju sistema, koje se dobijaju elektronskim mikroskopskim pregledom. Pokazano je da trenutno elektronska mikroskopija omogućava ne samo izvođenje studija morfologije faza na različitim hijerarhijskim nivoima organizacije sistema, već i određivanje elementarnog sastava i hemijske strukture faznih formacija sa visokom prostornom rezolucijom. Opisani su trenutno dostupni koncepti kontrole morfoloških parametara u razvoju materijala na bazi sintetičkih smola modificiranih termoplastom. Prikazani su metodološki pristupi za mjerenje parametara kao što su volumenski udio dispergirane faze termoplasta, prosječna veličina čestica i distribucija veličine čestica. Dati su podaci o utjecaju kvalitativnih i kvantitativnih parametara fazne morfologije na svojstva materijala. Svjetsko i domaće iskustvo u primjeni rezultata istraživanja fazne morfologije za kontrolu svojstava PCM-a dokazuje efikasnost elektronske mikroskopije kao jedne od metoda pružanja informacija o odnosu "sastav-tehnologija-struktura-osobine" u materijalima na bazi termoreaktivnih materijala. termoplastični sistemi.

REFERENTNA LISTA

1. Solodilov V.I., Gorbatkina Yu.A. Svojstva jednosmjerne ugljične plastike na bazi epoksidne smole modificirane polisulfonom ili epoksiuretanskim oligomerom // Mehanika kompozitnih materijala i struktura. 2008. T. 14. br. 2. S. 217-227.
2. Zheleznyak V.G., Chursova L.V. Modifikacija veziva i matrica na njihovoj osnovi u svrhu povećanja otpornosti na lom // Zrakoplovni materijali i tehnologije. 2014. br. 1. S. 47-50.
3. Erasov V.S., Nužni G.A., Grinevič A.V., Terekhin A.L. Otpornost na pukotine zrakoplovnih materijala pri ispitivanju na zamor // Proceedings of VIAM. 2013. br. 10. Art.
4. Kablov E.N. Strateški pravci razvoja materijala i tehnologija za njihovu preradu za period do 2030. godine // Zrakoplovni materijali i tehnologije. 2012. br. S. S. 7-17.
5. Kablov E.N. Hemija u nauci o materijalima u zrakoplovstvu // Russian Chemical Journal. 2010. T. LIV. # 1. S. 3-4.
6. Kablov E.N. Šesti tehnološki poredak // Nauka i život. 2010. br. 4. S. 2-7.
7. Budylin N.Yu., Shapagin A.V., Chalykh A.E., Khasbiullin R.R. Modeliranje formiranja gradijentnih dispergiranih struktura u mješavinama termoreaktivne i termoreaktivne plastike // Plastična masa. 2011. br. 3. S. 51-56.
8. Zhang Y. et al. Dinamičko asimetrično razdvajanje faza i formiranje morfološke strukture u mješavinama epoksida / polisulfona // Makromolekule. 2011. V. 44. br. 18. P. 7465-7472.

10. Kablov E.N., Kondrashov S.V., Yurkov G.Yu. Izgledi za korištenje nanočestica koje sadrže ugljik u vezivnim sredstvima za polimerne kompozitne materijale // Ruske nanotehnologije. 2013. T. 8. br. 3–4. S. 24–42.
11. Gulyaev A.I. Ispitivanje polimernih materijala rendgenskom foto-elektronskom spektroskopijom // Proceedings of VIAM. 2013. br. 7. Art.
12. Zhuravleva P.L., Zaitsev D.V. Istraživanje strukture karbonskih vlakana difrakcijskim metodama // Zrakoplovni materijali i tehnologije. 2012. br. S. S. 448–455.
13. Gulyaev A.I., Iskhodzhanova I.V., Zhuravleva P.L. Primjena metode optičke mikroskopije za kvantitativnu analizu strukture PCM-a // Trudy VIAM. 2014. br. 7. Art.
14. Deev I.S., Kablov E.N., Kobets L.P., Chursova L.V. Ispitivanje deformacije mikrofazne strukture polimernih matrica pod mehaničkim opterećenjem metodom skenirajuće elektronske mikroskopije // Trudy VIAM. 2014. br. 7. Art.

16. Zhang Y. et al. Sveprisutna priroda formiranja troslojne strukture u asimetričnom faznom razdvajanju epoksitermoplastičnih mješavina // Polimer. 2012. V. 53. br. 2. P. 588-594.
17. Mimura K. et al. Poboljšanje toplinskih i mehaničkih svojstava kontrolom morfologije u PES-modificiranim epoksidnim smolama // Polymer. 2000. V. 41. br. 12. P. 4451-4459.
18. Mezhikovskiy S.M., Irzhak V.I. Hemijska fizika očvršćavanja oligomera. M.: Nauka. 2008.269 str.
19. Polimerne mješavine. T. 1. Sistematika: Per. sa engleskog / Ed. D.R. Paul, K.B. Bucknell. SPb.: Naučne osnove i tehnologije. 2009.618 s.

21. Rosenberg B.A. Razdvajanje mikrofaza u polimerno-oligomernom polimernom višekomponentnom očvršćavanju // Russian Chemical Journal. 2001 T. XLV. br. 5-6. S. 23–31.
22. Wilkinson S.P. et al. Utjecaj varijabli termoplastičnog modifikatora na kaljenje bismaleimidne matrične smole za kompozitne materijale visokih performansi // Polymer. 1993. V. 34. br. 4. P. 870–884.


25. Cano L. et al. Morfološka i mehanička studija nanostrukturiranih epoksidnih sistema modificiranih amfifilnim poli (etilen oksid-b-propilen oksid-b-etilen oksid) triblok kopolimerom // Polimer. 2014. V. 55. br. 3. P. 738-745.


28. Poncet S. et al. Praćenje razdvajanja faza i napredovanja reakcije in situ u termoplastičnim / epoksidnim mješavinama // Polimer. 1999. V. 40. br. 24. P. 6811-6820.
29. Chalykh A.E., Aliev A.D., Rubtsov A.E. Mikroanaliza elektronske sonde u proučavanju polimera. M.: Nauka. 1990.192 s.
30. Chalykh A.E. i dr. Analitička elektronska mikroskopija u proučavanju strukture cijepljenih polimera // Visokomolekularni spojevi. Ser. A. 2010. T. 52. br. 4. S. 653–658.





36. Saltykov S.A. Stereometrijska metalografija. M.: Metalurgija. 1976.270 s.

38. Polimerne mješavine. T. 2: Funkcionalna svojstva: Per. sa engleskog / Ed. D.R. Po-la, K.B. Bucknell. SPb .: Naučne osnove i tehnologije. 2009. 606 str.

1. Solodilov V.I., Gorbatkina Ju.A. Svojstva odnonapravlennyh ugleplastikov na osnovi jepoksidne smole, modifikovane polisul "fonom ili jepoksiuretanovim oligomerom // Mehanika kompozicionnih materijala i konstrukcija. 2008. T. 14. br. 2. S. 217–227.
2. Železnjak V.G., Čursova L.V. Modifikacija svjazujushhih i matric na ih osnova s ​​cel "ju povyshenija vjazkosti razrushenija // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2014. No. 1. S. 47–50.
3. Erasov V.S., Nuzhnyj G.A., Grinevič A.V., Terehin A.L. Treshhinostojkost "aviacionnyh materialov v processe ispytanija na ustalost" // Trudy VIAM. 2013. br. 10. Sv.
4. Kablov E.N. Strategicheskie napravlenija razvoja materijala i tehnologija ih pererabotki na period do 2030. godine // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2012. br. S. S. 7-17.
5. Kablov E.N. Himija v aviacionnom materialedenii // Rossijskij himicheskij zhurnal. 2010. T. LIV. # 1. S. 3-4.
6. Kablov E.N. Shestoj tehnologicheskij uklad // Nauka i zhizn., 2010. No. 4. S. 2–7.
7. Budylin N. Ju., Shapagin A.V., Chalyh A.E., Hasbiullin R.R. Modelirovanie formirovanie gradientnyh dispersnyh struktur v smesjah termo- i reaktoplastov // Plasticheskie massy. 2011. br. 3. S. 51-56.
8. Zhang Y. et al. Dinamičko asimetrično razdvajanje faza i formiranje morfološke strukture u mješavinama epoksida / polisulfona // Makromolekule. 2011. V. 44. br. 18. P. 7465-7472.
9. Liu Y. Odvajanje faza izazvano polimerizacijom i rezultirajuća termomehanička svojstva termoreaktivnih/reaktivnih nelinearnih polimernih mješavina: pregled // Časopis primijenjene nauke o polimerima. 2013. V. 127. br. 5. P. 3279-3292.
10. Kablov E.N., Kondrashov S.V., Jurkov G. Ju. Perspektivy ispol "zovanija uglerod-soderzhashhih nanochastic v svjazujushhih dlja polimernyh kompozicionnyh materialov // Rossijskie nanotehnologii. 2013. T. 8. No. 3–4. S. 24–42.
11. Guljaev A.I. Issledovanie polimernyh materialov metodom rentgenovskoj fotojelektronnoj spektroskopii // Trudy VIAM. 2013. br. 7. St..
12. Žuravleva P.L., Zajcev D.V. Issledovanie struktury uglerodnyh volokon s primeneniem difrakcionnyh metodov // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2012. br. S. S. 448-455.
13. Guljaev A.I., Ishodzhanova I.V., Zhuravleva P.L. Primenenie metoda opticheskoj mikros-ko-pii dlja kolichestvennogo analize struktury PKM // Trudy VIAM. 2014. br. 7. St..
14. Deev I.S., Kablov E.N., Kobec L.P., Chursova L.V. Issledovanie metodom skanirujushhej jelektronnoj mikroskopii deformacije mikrofazovoj struktury polimernyh matric pri me-hanicheskom nagruzhenii // Trudy VIAM. 2014. br. 7. St..
15. Huang K. et al. Priprema očvršćivača na bazi kardanola svijetle boje i kompozita epoksidne smole: odvajanje faza izazvano stvrdnjavanjem i njegov utjecaj na svojstva // Napredak u organskim premazima. 2012. V. 74. br. 1. P. 240-247.
16. Zhang Y. et al. Sveprisutna priroda formiranja troslojne strukture u asimetričnom odvajanju faza epoksitermoplastičnih mješavina // Polimer. 2012. V. 53. br. 2. P. 588-594.
17. Mimura K. et al. Poboljšanje toplinskih i mehaničkih svojstava kontrolom morfologije u PES-modificiranim epoksidnim smolama // Polymer. 2000. V. 41. br. 12. P. 4451-4459.
18. Mezhikovskij S.M., Irzhak V.I. Himicheskaja fizika otverzhdenija oligomerov. M .: Nauka. 2008.269 s.
19. Polimernye smesi. T. 1. Sistematika: Per. s angl. / Pod red. D.R. Pola, K.B. Baknela. SPb .: Nauchnye osnovy i tehnologii. 2009.618 s.
20. Williams R. J. J., Rozenberg B. A., Pascault J. P. Odvajanje faza izazvano reakcijom u modificiranim termoreaktivnim polimerima // Napredak u znanosti o polimerima. 1997. V. 128. P. 95-156.
21. Rozenberg B.A. Mikrofazovoe razdelenie v otverzhdajushhihsja mnogokomponentnyh polimer-oligomernyh sistemah // Rossijskij himicheskij zhurnal. 2001. T. XLV. br. 5-6. S. 23-31.
22. Wilkinson S.P. et al. Utjecaj varijabli termoplastičnog modifikatora na kaljenje bis-maleimidne matrične smole za kompozitne materijale visokih performansi // Polymer. 1993. V. 34. br. 4. P. 870–884.
23. Zhang J. et al. Studija na termoplastično modificiranim multifunkcionalnim epoksidima: Utjecaj brzine zagrijavanja na ponašanje očvršćavanja i odvajanje faza // Composites Science and Technology. 2009. V. 69. br. 7–8. P. 1172-1179.
24. Rico M. et al. Razdvajanje faza i razvoj morfologije u termoplastično modificiranom kaljenom epoksidu // European Polymer Journal. 2012. V. 48. br. 10. P. 1660-1673.
25. Cano L. et al. Morfološko i mehaničko proučavanje nanostrukturiranih epoksidnih sistema modificiranih amfifilnim poli (etilen oksid-b-propilen oksid-b-etilen oksid) triblok kopolimerom // Polimer. 2014. V. 55. br. 3. P. 738-745.
26. Cong H. et al. Formiranje nanostruktura u termosetovima koji sadrže blok kopolimere: od samosastavljanja do mehanizma mikrofaznog razdvajanja izazvanog reakcijom // Polimer. 2014. V. 55. br. 5. P. 1190-1201.
27. Min H.S. et al. Otpornost na lom polisulfona / epoksidnog polu-IPN-a s morfološkim spektrom // Polymer Bulletin. 1999. V. 42. br. 2. P. 221-227.
28. Poncet S. et al. Praćenje razdvajanja faza i napredovanja reakcije in situ u termoplastičnim / epoksidnim mješavinama // Polimer. 1999. V. 40. br. 24. P. 6811-6820.
29. Chalyh A.E., Aliev A.D., Rubcov A.E. Jelektronno-zondovyj mikroanaliz v issledovanii polimerov. M .: Nauka. 1990.192 s.
30. Chalyh A.E. i dr. Analiticheskaja jelektronnaja mikroskopija v issledovanii struktury priv-ityh polimerov // Vysokomolekuljarnye soedinenija. Ser. A. 2010. T. 52. br. 4. S. 653-658.
31. Heitzmann M.T. et al. Tehnike mikroanalize za ispitivanje međufaza formiranih između termosetnih i termoplastičnih polimera: skenirajuća elektronska mikroskopija i energetska disperzivna rendgenska analiza // Ključni inženjerski materijali. 2011. br. 471–472. P. 309-314.
32. Liao Y. et al. Fazna dekompozicija termoreaktivnih/termoplastičnih mješavina izazvana reakcijom istražena transmisijskom elektronskom mikroskopijom za filtriranje energije // Polimer. 2007. V. 48. br. 13. P. 3749-3758.
33. Mezzenga R. et al. Morfološka izgradnja u dendritičnoj hiperrazgranatoj polimer modificiranoj epoksidnoj smoli: modeliranje i karakterizacija // Polymer. 2001. V. 42. br. 1. P. 305-317.
34. Tribut L. et al. Reološko ponašanje termoset/termoplastičnih mješavina tijekom izotermnog očvršćavanja: Eksperimenti i modeliranje // Polimer. 2007. V. 48. br. 22. P. 6639-6647.
35. Fernandez-Francos X. et al. Novi termosetovi na bazi DGEBA i hiperrazgranatih polimera modificiranih vinilnim i epoksidnim krajnjim grupama // Reaktivni i funkcionalni polimeri. 2010. V. 70. br. 10. P. 798–806.
36. Saltykov S.A. Stereometricheskaja metallografija. M.: Met-alurgija. 1976.270 s.
37. Kulkami A.S., Beaucage G. Odvajanje faza izazvano reakcijom kontrolirano molekularnom topologijom // Polymer. 2005. V. 46. br. 12. P. 4454-4464.
38. Polimernye smesi. T. 2: Funkcionalna svojstva: Per. S angl. / Pod red. D.R. Pola, K.B. Baknella. SPb.: Naučne osnove i tehnologije. 2009. 606 s.
39. Pearson R.A., Yee A.F. Mehanizmi kaljenja u termoplastično modificiranim epoksidima: 1. Modifikacija pomoću poli (fenilen oksida) // Polimer. 1993. V. 34. br. 17. P. 3658-3670.
40. Turmel D.J.-P., Partridge I.K. Heterogeno odvajanje faza oko vlakana u mješavinama epoksida/PEI i njegov utjecaj na otpornost kompozita na raslojavanje // Composites Science and Technology. 1997. V. 57. br. 8. P. 1001-1007.
41. Varley R. J., Hodkin J. H. Utjecaj armaturnih vlakana na morfologiju ojačanog epoksi/aminskog sistema // Polimer. 1997. V. 38. br. 5. P. 1005-1009.
42. Olmos D., Gonzalez-Benito J. Vizualizacija morfologije na međufazi epoksi-termoplastičnih polimernih kompozita ojačanih staklenim vlaknima // European Polymer Journal. 2007. V. 43. br. 4. P. 1487-1500.
43. Zhang J. et al. Interfazna studija termoplastičnih modificiranih epoksidnih matričnih kompozita: Fazno ponašanje oko jednog vlakna pod utjecajem brzine zagrijavanja i površinske obrade // Kompoziti: Dio A. 2010. V. 41. br. 6. P. 787-794.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Modeliranje deformacije kompozita

Uvod

Prisutnost velikog broja cementara u Ukrajini čini armirani beton i njegove modifikacije jednim od glavnih građevinski materijal za hidraulične konstrukcije.

Armirani beton sa čestim pravilnim rasporedom čeličnih šipki u dva ili tri smjera može se smatrati kompozitnim armiranim materijalom sa anizotropijom, odnosno ovisnošću mehaničkih svojstava o smjeru djelovanja sila, što je posljedica armature i nelinearnosti deformacije povezane s pucanjem, plastična svojstva betona i čelika. U hidrotehnici se često koristi koncentrirano postavljanje armature u rastegnutoj zoni, stoga će konstrukcije ovog tipa biti predmet daljnjeg proučavanja.

Kompozitni materijali se široko koriste u razne industrije moderna tehnologija. Daljnji napredak u razvoju mnogih područja građevinarstva uvelike je povezan s povećanjem udjela korištenja takvih materijala, a pri stvaranju nove i posebne opreme njihova uloga postaje odlučujuća. Zahtjevi za optimalnim projektiranjem, smanjenjem vremena i troškova materijala za eksperimentalni razvoj odredili su značajan interes za poboljšanje metoda za predviđanje deformacijskih i čvrstoća kompozita.

S druge strane, razvoj mehanike deformabilnog čvrstog tijela ide putem povećanja složenosti proučavanih modela i formulacije problema. Na osnovu koncepta modela mehanike, kompozitni materijal se može definirati kao nehomogena sredina opisana brzo oscilirajućim funkcijama materijala diskontinuiranih u koordinatama, koje se po pravilu smatraju periodičnim ili slučajnim homogenim. Potreba za razvojem metoda za rješavanje diferencijalnih jednadžbi s takvim koeficijentima dovela je do pojave relativno nove oblasti matematičkih istraživanja - teorije usrednjavanja parcijalnih diferencijalnih operatora, koja omogućava dobivanje rješenja izvornog problema korištenjem jednostavnije diferencijalne jednadžbe koje se nazivaju prosjekom.

Problem izračunavanja koeficijenata prosečnih jednačina, poznat u mehanici kompozita kao problem predviđanja efektivnih karakteristika, jedan je od centralnih, jer otvara mogućnost sinteze materijala sa unapred određenim skupom svojstava koja najbolje odgovaraju specifičnim karakteristikama. radni uslovi. Dakle, svaka nehomogena sredina povezana je s određenim anizotropnim medijem sa efektivnim svojstvima, za koje je pogodno izvršiti proračune struktura i dijelova izrađenih od kompozitnih materijala koristeći dobro poznate matematičke metode mehanike čvrstog tijela.

Istovremeno, proučavanje mehaničkog ponašanja konstrukcijskih elemenata, uzimajući u obzir koncentraciju polja naprezanja i deformacija nehomogenih unutar svakog od njih, omogućava ne samo direktno određivanje efektivnih svojstava, već pruža i opsežne informacije o prirodi i karakteristike deformacije i loma materijala u zavisnosti od realne strukture kompozita i njihovih komponenti.

U ovom radu posebna pažnja posvećena je analizi rezultata teorijskih i eksperimentalnih istraživanja disipativnih procesa neelastične deformacije i loma anizotropnih strukturno nehomogenih tijela. Velika se pažnja posvećuje proučavanju zakonitosti superkritične faze deformacije, tijekom čijeg provođenja materijal gubi svoju nosivost ne odmah, već postupno, što se odražava u dijagramu deformacije u obliku grane koja pada.

Ovaj mehanički fenomen (prethodno poznat) otkriven je prilikom rješavanja problema mehanike elastoplastične deformacije kompozitnih materijala, uzimajući u obzir strukturalni lom.

Međutim, želja za adekvatnim opisom ponašanja konstrukcija i optimalnim projektovanjem strukture stvorenih kompozitnih materijala sa stanovišta otpornosti na lom dovela je do potrebe da se uzme u obzir faza omekšavanja (u fazi postavljanja problema). u konstitutivnim odnosima i proučavaju uslove superkritične deformacije elemenata strukture u sastavu kompozita.

U radu se razmatra pristup u kojem se destrukcija nehomogenih tijela smatra kao rezultat gubitka stabilnosti deformacijskih procesa u natkritičnom stupnju, praćenog strukturnom destrukcijom. Novi matematički modeli omogućavaju da se na prirodan način opišu faze akumulacije dispergovanih oštećenja, lokalizacije loma, kao i spajanja uništenih zona, uzimajući u obzir plastične deformacije u nehomogenim anizotropnim sredinama koristeći posebne funkcije stanja materijala, prijelaz u nestabilnu fazu može se modelirati korištenjem kriterija stabilnosti akumulacije oštećenja, a energetski odnosi mehanike loma zapisati pomoću parametara silaznih grana kompletnih dijagrama deformacije. U radu se istražuje pojam sistema opterećenja i njegov utjecaj na stabilnost disipativnih procesa. Prikazana su neka pitanja teorije stabilne superkritične deformacije. Problem usrednjavanja, tradicionalan za mehaniku kompozita, razmatra se u novim aspektima koji se odnose na proširenje fizičke baze korišćenih matematičkih modela.

1. Modeliranje deformacije i loma kompozitnih materijala

Metode za predviđanje efektivnih elastičnih svojstava modernih kompozita su dobro razvijene. Rezultati postignuti u linearnoj teoriji elastičnosti na predviđanju efektivnih svojstava i prateći rezultati pri određivanju polja mikronaprezanja i mikrodeformacija dobra su osnova za proučavanje elastoplastičnih i čvrstoća mikronehomogenih materijala. Težnja za potpunijim korišćenjem nosivosti kritičnih konstrukcija neminovno dovodi do potrebe za sveobuhvatnim studijama koje prethode izgradnji složenih modela deformacije i loma realnih materijala pod složenim naponskim stanjem i nelinearnim svojstvima konstrukcijskih elemenata.

1.1. Neelastična deformacija kompozita i njihov strukturalni lom

Mehanički mikro- i makroskopski procesi u nehomogenim materijalima su dovoljno detaljno proučavani u okviru determinističkih i statističkih modela mehanike kompozita. Prednost statističkih modela je u tome što oni to prirodno uzimaju u obzir važan faktor stvarna struktura kompozita, kao slučajnost međusobnog rasporeda elemenata i statistički raspršenost njihovih svojstava. Međutim, u statističkoj mehanici kompozita ostaje otvoreno pitanje potpunije, u poređenju sa aproksimacijama u jednoj tački, uzimanja u obzir interakcije više čestica komponenti. Stoga je u velikoj većini radova u ovom smjeru analiza naponsko-deformacijskog stanja kompozita ograničena na izračunavanje prosječnih deformacijskih polja po komponentama. Proračun ostalih statističkih karakteristika deformacijskih polja za slučajeve anizotropnog i kombinovanog opterećenja, kao i konstrukcija rješenja nelinearnih graničnih problema za procese akumulacije plastičnih deformacija i oštećenja u kompozitnim komponentama, uzimajući u obzir nehomogenost deformacijskih polja , je od posebnog značaja u problemima predviđanja svojstava čvrstoće.

Karakteristično je da se svojstva kompozitnih materijala mogu bitno razlikovati od svojstava sastavnih komponenti. Na primjer, odsustvo plastičnih promjena u volumenu strukturnih elemenata može biti praćeno plastičnom promjenom volumena kompozita, materijal za stvrdnjavanje može se stvoriti od idealno plastičnih komponenti, materijal s visokom otvrdnjavanjem može se stvoriti od slabo očvrslih komponenti. , itd. To ukazuje na složenost i raznolikost fenomena koji se razmatra, čiji teorijski opis zahtijeva razvoj posebnih pristupa i matematičkih modela.

fizički fenomen elastično-plastičnog ponašanja kompozitnih materijala i, što je najvažnije, potreba za njegovim proučavanjem otkriveni su mnogo prije stvaranja odgovarajuće matematičke teorije. Stoga su se mnogi istraživači sredinom šezdesetih okrenuli analizi ponašanja materijala koristeći jednostavne modele. Model u obliku skupa paralelnih sastavnih elemenata korišten je za aproksimaciju neelastične deformacije jednosmjernog kompozita pod napetosti preko vlakana. Neki naučnici su koristili model koaksijalnih cilindara, pretpostavljajući najjednostavnije stanje naprezanja matričnog materijala. Korištena je aproksimacija stvarnog materijala beskonačnom sredinom u kojoj se nalazi samo jedan armaturni element. Mnoge tehnike koje se još uvijek koriste zasnivaju se na pravilu mješavine, koje pretpostavlja homogenost ili polja naprezanja ili polja deformacija. Različite modifikacije ovog pravila omogućavaju postizanje saglasnosti sa eksperimentalnim podacima.

Do danas, zahvaljujući upotrebi numeričkih metoda mehanike deformabilnog čvrstog tijela i nekim novim pristupima razvijenim direktno za strukturno nehomogena tijela, dobivena su rješenja za niz problema neelastične deformacije, uzimajući u obzir složenu prirodu distribucije naprezanja i naprezanja u elementima konstrukcije. Kompozitni materijali koji se smatraju homogenim sa efektivnim svojstvima, u zavisnosti od strukture, mogu biti ili izotropni ili anizotropni, čak i ako se sastoje samo od izotropnih komponenti. Pri formulisanju problema određivanja efektivnih karakteristika anizotropnih kompozitnih materijala postaje neophodno izabrati teoriju plastičnosti anizotropnog tela, koja omogućava da se adekvatno opiše ponašanje ekvivalentnog homogenog medija.

Predložene su mnoge različite verzije teorije plastičnosti deformacije i teorije strujanja. Mnogo pažnje se poklanja određivanju broja i strukture nezavisnih invarijanti datog skupa tenzora. Pitanje koje se razmatra čini se vrlo važnim za mehaniku kompozita, međutim, izuzetno ograničen broj radova na eksperimentalnom proučavanju zakonitosti deformacije anizotropnih materijala u uslovima složenog naponskog stanja ne dozvoljava nam da u potpunosti procenimo pouzdanost i općenitost jedne ili druge verzije teorije plastičnosti anizotropnih medija.

Proučavanje elastoplastičnog ponašanja anizotropnih kompozita, kao što su vlaknasti jednosmjerni i prostorno ojačani, slojeviti homogenim i nehomogenim slojevima, prilično je težak problem. Rješavanje problema u mehanici kompozita za ove materijale provodi se uglavnom u nekim od najjednostavnijih slučajeva naponskog stanja, što je, naravno, definitivno znanstveno dostignuće. Međutim, ovakva rješenja obično ne dozvoljavaju konstruiranje svih materijalnih funkcija koje opisuju ponašanje kompozita u proizvoljnom složenom naponsko-deformacijskom stanju u okviru odabrane teorije plastičnosti anizotropnog tijela.

Istražena je neelastična deformacija slojevitih kompozita pod jednoosnim zatezanjem duž slojeva pod napetostima preko slojeva. razmatra se ponašanje kompozita u ravnom naponskom stanju, kada sile koje se protežu u dva smjera leže u ravnini paralelnoj sa slojevima. Treba napomenuti da je značajan dio rezultata dobiven bez uzimanja u obzir međuslojnih interakcija. Jasno je da se takvo pojednostavljenje u nekim slučajevima može pokazati pregrubo. To potvrđuje i činjenica da do uništavanja laminiranih struktura često dolazi raslojavanjem.

Nelinearna priroda odnosa između napona i deformacija kompozitnih materijala može biti posljedica ne samo plastične deformacije i može se dogoditi čak iu slučaju linearno elastičnih komponenti. To je zbog činjenice da potpunom (makroskopskom) uništavanju kompozitnih proizvoda prethodi složen proces uništavanja pojedinačnih strukturnih elemenata. Proučavanje ovog procesa važno je ne samo za analizu uslova za nastanak makroskopske pukotine, već i za proučavanje ponašanja materijala pod opterećenjem.

Svaki čin destrukcije konstrukcije praćen je preraspodjelom naprezanja u elementima kompozita, što dovodi do nastavka ili prestanka razaranja na datom nivou vanjskog opterećenja.

Konstrukcija modela neelastične deformacije kompozitnih materijala uzimajući u obzir ove procese postavlja kao glavna pitanja izbora kriterijuma za destrukciju konstrukcije i opisivanja zaostalih deformacija i svojstava čvrstoće elemenata nehomogenog medija nakon ispunjavanja određenih uslova njihovog razaranja. U ovom slučaju važno je da se element kompozitne strukture može uništiti različitim mehanizmima. Na primjer, u slučaju ojačanog monosloja moguće je pucanje ili raslojavanje matrice, cijepanje, lomljenje ili povlačenje vlakana itd. Ovi i drugi mehanizmi za promjenu nosivosti konstrukcijskog elementa identificirani su s jednom ili drugom shemom za promjenu njegovih svojstava krutosti.

Kao što je već napomenuto, u proučavanju kompozitnih materijala postaje neophodno koristiti probabilističke koncepte i aparaturu teorije slučajnih funkcija, zbog slučajne prirode svojstava, međusobnog rasporeda strukturnih elemenata i, kao posljedica toga, stohastički proces njihovog uništenja.

Dakle, između ostalih problema u mehanici kompozitnih materijala, razvoj nelinearnih modela ponašanja kompozita uzimajući u obzir destrukciju strukturnih elemenata i razvoj metoda za rješavanje problema neelastične deformacije za različite slučajeve složenog napon-deformacija stanje su hitne.

1.2. Fenomenološki modeli mehanike loma

Postoje dva pristupa izgradnji teorija u prirodnim i primenjenim naukama – fenomenološki i strukturalni. Fenomenološki modeli se grade na osnovu empirijskih podataka o ponašanju objekta. U ovom slučaju se ne postavlja zadatak da se objasni ili potpuno opiše suština fenomena. Strukturalni pristup se sastoji u razvoju modela koji omogućavaju opisivanje i objašnjenje pojava na osnovu unutrašnje strukture predmeta koji se razmatraju. Ovi pristupi su usko povezani i trebalo bi da se međusobno obogaćuju. Konstrukcija nelinearnih modela ponašanja medija sa efektivnim svojstvima za opisivanje deformacije kompozita, praćenog destrukcijom strukturnih elemenata, odgovara metodologiji fenomenološkog opisa.

Neophodnost i korisnost fenomenoloških teorija potkrijepio je V.V. Novozhilov. U ovom slučaju je dozvoljeno utvrditi različitim nivoima fenomenološki opis. Na primjer, akumulacija oštećenja može se modelirati razmatranjem sistema pukotina na disku ili pora u kontinuiranom mediju. L.M. Kachanov i Yu.N. Rabotnov je uveo parametar oštećenja (ili suprotno - kontinuitet), određen površinom pukotina po jedinici površine presjek tijelo. Istovremeno, ovaj parametar se ne može identifikovati ni sa jednom karakteristikom specifičnih nedostataka i oštećenja, ako je uključen u relacije koje povezuju prosečne vrednosti. To je prirodno kada se pri određivanju materijalnih funkcija modela može bez direktnih mikrostrukturnih studija, na primjer, mjerenja površine diskontinuiteta.

Fenomenološki pristup modeliranju oštećenja materijala sastoji se u opisivanju nastanka unutrašnjih diskontinuiteta korištenjem nekih funkcija stanja materijala. Ova ideja se ogledala u poznata dela AA. Iljušin, V.V. Bolotin, V.P. Tamuzha i A. Zh. Lagedinsha. Razvijen je zahvaljujući naporima mnogih drugih istraživača i bio je osnova za stvaranje mehanike oštećenog kontinuiranog medija, u okviru koje se oštećenje materijala definira kao svaka mikrostrukturna promjena koja dovodi do bilo kakve promjene mehaničkih svojstava.

Trenutno je poznat značajan broj skalarnih i tenzorskih karakteristika oštećenja. Utemeljene su glavne odredbe trodimenzionalne teorije anizotropnog oštećenja i odgovarajući tenzorski modeli.

Proces uništavanja strukturno nehomogenih medija ima višestepeni karakter. Najizraženija faza je volumetrijska, odnosno difuzna destrukcija, koja je povezana sa volumetrijskom akumulacijom stabilnih mikropukotina i, kada se dostigne granična koncentracija, prolazi kroz povećanje i spajanje na sljedeći skaliran nivo. Pored toga, pokazano je da efektivne karakteristike deformacije zavise od korelacionog radijusa slučajnog skupa defekata. Prirodno je pretpostaviti da priroda interakcije mikrooštećenja također određuje uvjete za makrofrakturu nehomogenog medija, a samim tim i njegove čvrstoće.

Višeslojna priroda formiranja reakcije materijala na vanjska mehanička naprezanja predodređuje mogućnost višeslojnog fenomenološkog opisa. Svaki strukturni nivo povezan je sa određenim sistemom elemenata heterogenosti (prirodnih ili uzrokovanih oštećenjem). Analiza naprezanja i deformacija uvedenih na strukturnom nivou kao prosečne veličine služi kao sredstvo za proučavanje mehaničkog ponašanja materijala u okviru odgovarajućeg nivoa fenomenologije. Dvostepeno razmatranje procesa deformacije i loma je osnova Davidenkov-Fridmanove klasifikacije i strukturno-fenomenološkog pristupa u mehanici kompozita.

Za mehaniku kompozita vrlo je važan problem opisivanja prijelaza s mikro- na makrofrakturu. Istovremeno, postoji mnogo različitih početnih preduvjeta i metoda za procjenu čvrstoće sa stanovišta konstrukcijske mehanike. U ovom radu razvijen je pristup prema kojem se makrofraktura posmatra kao rezultat gubitka stabilnosti procesa deformacije koji je povezan s nagomilavanjem oštećenja. Proces opterećenja elastoplastičnog sistema postaje nestabilan ako katastrofalni razvoj pomaka i deformacija odgovara proizvoljno malom nastavku ovog procesa. Odlučujuća uloga posebne vrste nelinearnosti (silazne grane u dijagramu deformacije) u pitanjima stabilnosti u vezi sa problemom loma zapažena je u radu A.A. Ilyushin. Svi fizički procesi koji se odvijaju u materijalu pod opterećenjem odražavaju se u dijagramima pune deformacije, pri čemu padajući dijelovi ovih dijagrama odgovaraju pojedinim fazama razaranja.

Mogućnost pojave padajućeg presjeka na dijagramu zbog procesa pucanja i oštećenja zabilježena je u S.D. Volkov. Ovakav karakter ponašanja materijala u završnoj fazi deformacije materijala u mnogim je slučajevima povezan s nastankom ili razvojem makrodefekta. U tom smislu, uz eksplicitni opis pukotine u deformabilnom tijelu, obećavajuće se čini fenomenološki smjer mehanike loma, koji opisuje ponašanje materijala u fazi nastanka i rasta makroprsline. Ovaj pravac je pokrenuo S.D. Volkov. Upotreba ovog pristupa povezana je s pretpostavkom da je mehaničko ponašanje proizvoljno malog volumena materijala u prisustvu diskontinuiteta srazmjernih njegovim dimenzijama slično ponašanju makrouzorka u završnoj fazi deformacije. Ovo, u određenoj mjeri, odražava samosličnost procesa destrukcije.

Prema hipotezi o makrofizičkoj odredivosti A.A. Iljušina, svakoj tački medija može se dodijeliti makrouzorak u obliku tijela konačnih dimenzija, koje je u jednoličnom naponsko-deformisanom stanju i na kojem se, u principu, svi procesi koji se odvijaju u prikazanoj tački medija mogu biti studirao.

Navedena korespondencija se može uspostaviti na sljedeći način: pomaci granica radne zone zamišljenog idealnog homogenog uzorka ee materijala koji ispunjava elementarni deformabilni volumen, u uvjetima jednolikog naprezanja pod istim opterećenjima, moraju se podudarati s pomacima granica radne zone eksperimentalnog uzorka u svim fazama deformacije, uključujući fazu formiranja i rasta makropukotina. Na osnovu ovih pretpostavki mogu se koristiti fenomenološke jednadžbe i kriteriji usvojeni u mehanici deformabilnog čvrstog tijela.

Postoji određena analogija i zajedništvo između pristupa mehanici širenja prsline i fenomenološke mehanike loma. Konkretno, u okviru prve teorije razmatraju se podkritični dijagrami loma, koji su ovisnosti između prosječnog vlačnog naprezanja u neoštećenom presjeku uzorka i dužine pukotine pri različitim početnim vrijednostima. Lokus kritičnih (koje odgovara dinamičkom rastu pukotina) tačaka pojedinačnih krivulja naziva se dijagram kritičnog loma. Naravno, kada se ispituju glatki uzorci, kritična tačka odgovara krajnjoj čvrstoći.

Bez eksplicitnog razmatranja pukotina i ruptura i opisivanja ponašanja materijala koristeći silaznu granu dijagrama deformacije, možemo zaključiti da je on, zapravo, i kritični dijagram, budući da je lokus kritičnih tačaka za uzorke različitih stupnjeva. oštećenja, koja nastaju kao rezultat ravnotežne deformacije u jednom ili drugom stepenu i naknadnog elastičnog rasterećenja.

Pri opisu subkritičnog rasta defekta koristi se i pristup J.R. Irwina koji se sastoji u razmatranju ovisnosti rada loma R o dužini prsline kao karakteristike otpornosti na rast prsline. Ako se u okviru fenomenološkog pristupa rad destrukcije shvati kao disipacija energije povezana s procesom akumulacije oštećenja, onda se može izračunati pomoću dijagrama deformacije u bilo kojem intervalu deformacije. Rezultirajuća grafička ovisnost rada loma o deformaciji ima karakter sličan R-krivuljama poznatim u mehanici loma.

Fenomenološki pristup omogućava da se ne susreću problemi modeliranja složene geometrije stvarnih pukotina i ruptura u oštećenim strukturno nehomogenim medijima i određivanja površine loma, što je komplicirano njenim neograničenim povećanjem uz detaljnije razmatranje. Istovremeno, omogućava da se sve faze oštećenja, uključujući prelazak u nestabilnu fazu, opišu funkcijama stanja materijala i da se koriste energetski odnosi mehanike loma i potpuni dijagrami deformacije materijala.

1.3 Superkritična faza deformacije materijala

Superkritična deformacija strukturno nehomogenih medija sklonih razaranju različite prirode pri mehaničko naprezanje, jedan je od važnih mehaničkih procesa koji zahtijevaju posebna istraživanja. Kritično naponsko-deformacijsko stanje odgovara trenutku dostizanja maksimalnih vrijednosti naprezanja za dati materijal pod datim uvjetima, a postkritični stupanj karakterizira smanjenje razine naprezanja uz progresivne deformacije. Zapažena karakteristika mehaničkog ponašanja svojstvena je metalima, kako za povezivanje uslovnih i pravih napona i deformacija, geološkim, keramičkim, polimernim i kompozitnim], kao i drugim materijalima.

Materijal u superkritičnoj fazi deformacije ne zadovoljava Druckerov postulat i klasificira se kao reološki nestabilan. Međutim, mnogi stvarni materijali su adekvatno opisani modelima reološki nestabilnih materijala. U ovom slučaju, umjesto zahtjeva za reološkom stabilnošću, postavlja se princip stabilnosti za tijelo u cjelini: stanje materijala je ostvarivo ako je u tom stanju dio stabilnog mehaničkog sistema.

Poboljšanje modela materijala kako bi se opisali akumulacija oštećenja u superkritičnoj fazi deformacije važan je zadatak u mehanici kompozita. Rafinirano projektovanje konstrukcija korišćenjem kompletnih dijagrama zahteva, pored toga, razvoj metoda za rešavanje graničnih problema, uzimajući u obzir omekšavanje materijala i dobijanje uslova za stabilnost postkritične deformacije u oslabljenim zonama.

Naravno, ovo bi trebalo da se zasniva na efikasnim eksperimentalnim metodama za konstruisanje dijagrama ravnotežnih deformacija.

teorijski potkrijepio izvodljivost stanja materijala koji odgovaraju silaznoj grani dijagrama deformacije. Na osnovu Hadamardovih i Van Hoofovih teorema, koje daju lokalne potrebne i dovoljne uslove za stabilnost elastičnih tijela, i njihovih generalizacija na slučaj elastoplastičnih tijela, pokazano je da čak i u prisustvu dijagrama "padanja" tijelo fiksiran na granici sa dovoljnom (čak i ne nužno velikom) krutošću, može biti stabilan. Ne postoje fundamentalne prepreke za registraciju takvih stanja u eksperimentu, posebno pod jednoosnim zatezanjem ili posmičnom (u devijatornom smislu) deformacijama, te interpretaciji odgovarajućih eksperimentalnih podataka u smislu svojstva omekšavanja svojstvenog materijalu.

Eksperimentalno je potvrđeno da otpornost na lom nije određena samo konstantama čvrstoće materijala, već zavisi i od krutosti sistema opterećenja, koji uključuje uređaj za opterećenje (mašina za ispitivanje, prijenos opterećenja, snaga i kinematičke elemente konstrukcije). , radni fluid i gas) i samo deformabilno tijelo, okolno područje oštećenja. Pri "mekom" opterećenju, kada se na tijelo u uniformnom napregnutom stanju primjenjuju sile koje ne ovise o njegovom otporu, dolazi do uništenja kada se dostignu maksimalna naprezanja.

U drugom ograničavajućem slučaju, kada su obezbeđeni navedeni pomaci graničnih tačaka ("teško" opterećenje), kao i uz konačnu, kao što je već napomenuto, ali dovoljnu krutost sistema opterećenja, moguć je ravnotežni proces akumulacije oštećenja, što se ogleda u dijagramu deformacije u obliku grane koja pada.

U zavisnosti od uslova opterećenja, svaka tačka na silaznoj grani dijagrama deformacije može odgovarati trenutku loma. Ovakva deformacija je izvodljiva samo za lokalni objekat kao deo mehaničkog sistema sa potrebnim svojstvima. U suprotnom dolazi do neravnotežne akumulacije oštećenja i makrofrakture kao rezultat gubitka stabilnosti procesa deformacije u superkritičnoj fazi. U području omekšavanja moguća je i pojava lokalizacije deformacije u obliku posmičnih traka. Grana koja pada uočava se kada postoje mehanizmi i uslovi za postepeno rasipanje elastične energije. Dakle, stanja materijala koji se razmatra mogu se nazvati uslovno ostvarivim.

Možda bi bilo prikladno koristiti pomalo apstraktnu analogiju za ilustraciju. Deformacija medija za omekšavanje je stabilna otprilike u istoj mjeri kao što je stabilna više ili manje viskozna tekućina u određenoj posudi. Gubitak stabilnosti nastaje ako zidovi posude nemaju dovoljnu krutost. U ovom slučaju, uloga plovila je slična onoj u utovarnom sistemu. Glavna poteškoća u eksperimentalnoj konstrukciji kompletnih dijagrama je stvoriti dovoljnu krutost sistema opterećenja za materijalni element. U tu svrhu razvijeni su uređaji za povećanje krutosti standardnih mašina, specijalnih uzoraka i mašina za ispitivanje sa povratnom spregom velike brzine.

Padajuća grana grafa ovisnosti deformacije pri ispitivanju metalnih uzoraka najvećim je dijelom odraz ravnotežnog rasta glavne pukotine. U nekim slučajevima to vrijedi i za kompozite. U isto vrijeme, ako se svojstva čvrstoće i deformacije strukturnih elemenata nehomogenog medija značajno razlikuju, što je tipično za većinu kompozitnih materijala, tada se možda neće dogoditi stvaranje izražene makropukotine. Međutim, razvijeno diskretno raspršeno uništavanje slabih elemenata i u ovom slučaju dovodi do pada dijagrama. Slučajnost inkluzija osigurava slijed pojavljivanja zona loma u dijelovima heterogenog medija koji su međusobno udaljeni, što stvara prepreku za lokalizaciju deformacija i omogućava korištenje vjerojatnosnih pristupa za određivanje odnosa između prosječnog naprezanja i prosječne deformacije. Određena strukturna heterogenost daje dominantan tip deformacije, različit od lokalizirane. Konkretno, za tijela vlaknaste strukture, padajući dio dijagrama nastaje kao rezultat uzastopnog lomljenja nejednakih vlakana. Priroda procesa razaranja nehomogenih medija značajno zavisi od slučajnosti u rasporedu i stepena raspršenosti svojstava strukturnih elemenata, stoga statističke karakteristike čvrstoće ovih elemenata u velikoj meri predodređuju parametre silazne grane, posebno njegov nagib, koji odražava sklonost materijala krtom lomu.

U radu je uočen odnos između vrste padajućih presjeka dijagrama i mikromehanizama i faza destrukcije. S. D. Volkov je iznio ideju da priroda raspodjele naprezanja na vrhu prsline, u principu, ponavlja silazni dio krivulje u kompletnom dijagramu deformacije materijala dobivenog ispitivanjem glatkog uzorka. U ovom slučaju, problem singularnosti problema se automatski rješava zbog smanjenja otpora materijala na nulu u singularnoj tački (vrhu prsline), gdje je deformacija maksimalna i jednaka graničnoj za potpuno ravnotežno stanje. Krutost sistema opterećenja za materijalni element na vrhu prsline može biti konačna i dovoljna za stabilnu superkritičnu deformaciju u ovoj zoni, što objašnjava mogućnost postojanja ravnotežnih pukotina.

Postoji veza između dijagrama deformacije i potrošnje energije procesa loma. Područje ispod grane koja pada na kompletnom dijagramu istovremeno određuje performanse materijala u fazi formiranja makropukotine. S. D. Volkov je predložio vezu između ove vrijednosti i karakteristika lomne žilavosti materijala. Do danas, A.A. Lebedev i N.G. Chausov je razvio i eksperimentalno potkrijepio ekspresnu metodu za procjenu žilavosti loma plastičnih materijala pomoću parametara padajućih presjeka potpunih dijagrama deformacije.

Potrebno je uzeti u obzir blisku vezu između usklađenosti sistema opterećenja i kinetike i lokalizacije procesa loma. Na primjer, u inženjerskoj praksi uočena je značajna razlika u prirodi uništavanja hidrauličnih i pneumatskih tlačnih posuda i cjevovoda. Sa stanovišta tradicionalnih formulacija graničnih problema, ovi slučajevi su ekvivalentni. S tim u vezi, granični uvjeti koji ne uzimaju u obzir promjene vanjskih opterećenja povezanih s promjenom konfiguracije tijela tijekom deformacije i oštećenja ne odgovaraju u potpunosti stvarnim uvjetima rada konstrukcijskih elemenata i provedenim ispitivanjima.

Sa ove tačke gledišta, za adekvatniji opis procesa deformacije, nagomilavanja oštećenja i razaranja, preporučljivo je koristiti granične uslove treće vrste, koji omogućavaju proširenje fizičke baze dostupnih modela mehanike strukturno nehomogenih medija, za pojašnjenje procjena čvrstoće, za određivanje rezervi nosivosti i za predviđanje katastrofalnog sloma konstrukcija.

Mnogi autori primjećuju atraktivnost implementacije superkritične faze deformacije u elementima konstrukcija ili konstrukcija, što dovodi do korištenja njihovih rezervi čvrstoće i povećanja njihove sigurnosti. Potpunost implementacije nosivosti materijala određena je stupnjem superkritične deformacije. Pored toga, treba istaći važnost dosad neistraženog zadatka određivanja uslova za stabilnu superkritičnu deformaciju strukturnih elemenata u sastavu. kompozitni materijal kao osnova za stvaranje materijala sa poboljšanim mehaničkim karakteristikama.

Optimalno (sa gledišta procesa oštećenja u ravnotežnom režimu) projektiranje zahtijeva matematički opis superkritične deformacije, koji se ne svodi samo na aproksimaciju dijagrama s padajućim presjecima. Pitanja utemeljenja kontinuiranih modela medija za omekšavanje i određivanja područja njihove primjene nisu izgubila na svojoj aktuelnosti. Pojavljuje se niz matematičkih problema koji su povezani, prije svega, sa analizom stabilnosti procesa deformacije, jedinstvenosti rješenja graničnog problema i mogućom promjenom vrste diferencijalnih jednadžbi, kao i potrebom da se uzmu u obzir svojstva sistema opterećenja, razvoj konstitutivnih relacija (čak i za izotropne materijale), razvoj numeričkih metoda i stvaranje efikasnih iterativnih procedura za rješavanje ove vrste nelinearnih problema.

2. Strukturno-fenomenološki model mehanike mikronehomogenih medija

U prethodnom odeljku smo primetili postojanje dva pristupa konstruisanju modela mehanike – fenomenološkog i strukturalnog. U radovima brojnih naučnika, pristup razvijen u odnosu na mehaniku kompozita i nazvan strukturno-fenomenološki postao je široko rasprostranjen. Sastoji se u tome da se fenomenološke jednadžbe i kriteriji općenito prihvaćeni u mehanici deformabilnog čvrstog tijela razmatraju na nekoliko, a posebno na dva nivoa: mikroskopskom (strukturnom), povezanom s elementima kompozitne strukture, i makroskopskom, koji odražava ponašanje kompozitnog materijala kao homogenog sa efektivnim svojstvima. Odnos između fizičkih veličina, uspostavljen u okviru ovog pristupa, određuje strukturno-fenomenološki model. U ovom odeljku, glavne odredbe teorijske studije deformacije i loma kompozitnih materijala pod kvazistatičkim opterećenjima koja su preduzete u ovom radu su formulisane u okviru pristupa koji je povezan sa formulisanjem i rešavanjem hijerarhijskog niza graničnih problema. . Uključivanje probabilističkih reprezentacija i aparata teorije slučajnih funkcija omogućava proučavanje modela koji istovremeno uzimaju u obzir slučajnu prirodu svojstava i međusobni raspored strukturnih elemenata.

2.1 Modeli slučajnih i periodičnih homogenih medija

U matematičkom modeliranju procesa deformacije i loma kompozita relevantan je razvoj studija u kojima se materijal posmatra kao mikronehomogena sredina.

Neka domena V sa granicom S sadrži skup disjunktnih domena uk ograničenih površinama Sk. Za dvokomponentne kompozite, dio V1 = Ushk regije je ispunjen homogenim materijalom sa svojstvima (prva faza) unutar raspona, a preostali dio područja V2 = V - V1 ispunjen je homogenim materijalom sa svojstvima. Višestruko povezana površina S12 = USk je interfejs koji razdvaja strukturne elemente kompozita. Dio S (1) površine S prolazi kroz prvu fazu, a drugi dio S (2) = S - S (1) prolazi kroz drugu.

Ako su poznate potpune informacije o prirodi međusobnog rasporeda regija uk i dati fenomenološki modeli faza, onda se kaže da je post-Roena model komadično homogenog (kompozicionog) medija.

Prihvatimo sljedeću definiciju. Poddomena Vl karakteristične veličine l naziva se reprezentativni volumen područja V (sa karakterističnom veličinom L >> l) za funkciju g (r) koja je kontinuirana kroz faze V1 i V2, ako postoji i ograničena je prosečna količina

i ako, za bilo koji pozitivan, proizvoljno mali broj g, postoji pozitivan broj g koji zavisi samo od g tako da

Očigledno, da bi ova definicija bila validna, a reprezentativni volumen Vl na fizičkom nivou strogosti imao značenje elementarnog makro-volumena mikro-nehomogenog medija, mora se pretpostaviti da

L >> l >> lsh (gdje je lsh karakteristična veličina regija uk). Kada je uslov (2.2) zadovoljen, uticaj skale usrednjavanja na vrednost prosečne veličine može se zanemariti.

Model mehanike mikronehomogenog medija, razmatran u nastavku za kompozite, zasniva se na pretpostavci da je karakteristična veličina područja uk mnogo veća od molekularno-kinetičkih dimenzija i mnogo manja od udaljenosti na kojima se prosječne ili makroskopske vrijednosti se značajno mijenjaju. Tada fenomenološke jednačine i odnosi mehanike ostaju važeći za strukturne elemente, tj. elementarne mikrovolume dV, koje čine strukturne elemente kompozita i imaju veličinu dl (dl<

Ova pretpostavka pruža mogućnost, s jedne strane, da se izdvoji proučavanje ponašanja pojedinačnih nehomogenosti i procesa oko njih (za materijal u cjelini to su mikroprocesi), izvodeći ih samostalno koristeći modele i metode mehanike čvrstog tijela. S druge strane, omogućava da se makroskopski procesi u mediju opisuju kao homogeni, dok će se rezultati proučavanja mikroprocesa koristiti u kontinualnim jednačinama uz pomoć nekih usrednjenih parametara koji odražavaju, posebno, interakciju strukturnih elemenata.

Neka su za svaku od komponenti kompozita koji ispunjavaju volumen V tenzori napona i deformacija povezani pomoću operatora

gdje su materijalne funkcije konstitutivnih jednadžbi i-te komponente (faze). Pod komponentom kompozitnog materijala podrazumijevamo skup svih strukturnih elemenata sa istim fizičkim i mehaničkim svojstvima.

Uvodimo indikatorske funkcije kompozitne strukture

gdje je Vi- površina koju zauzima i-ta komponenta, f je broj kompozitnih komponenti. Konstruirajmo po komadima kontinuirane funkcije strukturnih svojstava

Sada konstitutivni odnosi mikro-nehomogenog medija

su predstavljene kao jednadžbe sa brzo oscilirajućim koeficijentima. U ovom slučaju, jedan od opštih slučajeva je model kompozita sa slučajnom strukturom, kada postoje slučajne homogene funkcije, a sadrže slučajne varijable, tj. uzima se u obzir statistička rasprostranjenost svojstava konstruktivnih elemenata. Za nasumične indikatorske funkcije, skupovi gustoće vjerovatnoće u jednoj i više tačaka ili funkcija momenta koji su invarijantni u odnosu na paralelni prevod koordinatnog sistema trebaju biti poznati:

gdje je r" proizvoljan radijus vektor.

Odnos između trenutnih funkcija i gustoće vjerovatnoće je

U konkretnom slučaju, za δ = 1, dolazimo do koncepta operatora usrednjavanja za slučajna polja, koji je, pod uslovima statističke homogenosti i ergodičnosti, ekvivalentan operatoru statističkog usrednjavanja. Za matematičko očekivanje funkcija imamo

i, zamjenom nepravilnog integrala u (2.7) integralom nad elementarnim makrovolumenom Vl pri uniformnim gustoćama koje zadovoljavaju uvjet normalizacije Vldr = 1, dobijamo

Prijelaz za izračunavanje momentnih funkcija viših redova slučajnih homogenih polja izvodi se na sličan način. Za kompozite s periodičnom strukturom, funkcije indikatora su periodične.

gdje je b konstantni translacijski vektor, n su proizvoljni cijeli brojevi.

Periodična struktura kompozita može se smatrati mogućom realizacijom slučajne homogene strukture.

2.2. Granični problemi mehanike kompozita

Neka naponi u području V u odsustvu masenih sila zadovolje jednačine ravnoteže

uij, j = 0. (2.9)

a male deformacije su povezane sa pomacima Cauchyevim relacijama

ei, j = (ui, j + uj, i). (2.10)

U konstitutivnim relacijama (2.6) za kompozitni materijal koji ispunjava područje V, funkcije materijala akl (r), u skladu sa (2.5), formiraju slučajna homogena polja za čije se statističke karakteristike pretpostavlja da su poznate.

Pretpostavimo da su linearni granični uslovi tipa kontakta dati na dijelu S (q) površine S područja V:

gdje su, neki pozitivno određeni tenzori, pi je vektor jedinice normalne na površinu S, je vektor kontaktnih sila.

Iz uslova (2.11), kao specijalni slučajevi, granični uslovi za oblast V u naponima, u pomacima (pri Ni = kui°, kada je k dimenziona konstanta, ui° je vektor pomaka specificiran na granici) i slijede mješoviti tip.

Jednačine (2.9), (2.6) i (2.10) zajedno sa graničnim uslovima (2.11) čine granični problem za područje V.

U skladu s tim, kvazistatički problem graničnih vrijednosti u pomacima sastoji se u rješavanju jednadžbi dobijenih uzastopnom zamjenom (2.10), (2.6) u (2.9), u obliku

podložno graničnim uslovima

Prilikom rješavanja graničnog problema (2.12), (2.13) za kompozite, zbog diskontinuiteta materijalnih funkcija bi, j (r) operatora F, potrebno je tražiti tzv. generalizirano rješenje.

Pomnožimo jednačinu (2.12) sa proizvoljnom dovoljno glatkom funkcijom wi (r) i koristimo formulu za integraciju po dijelovima:

Granični uslovi (2.13) se transformišu množenjem njihove leve i desne strane sa tenzorom t (q) inverznim tenzoru c (q), tj. takav da:

Tada pod generaliziranim rješenjem graničnog problema (2.12), (2.13) podrazumijevamo kontinuirano vektorsko polje u (r) koje zadovoljava identičnost

za proizvoljne vektorske funkcije w (r).

Za kompozitni materijal može se dati i ekvivalentan koncept generaliziranog rješenja. Odgovarajući problem mora biti riješen unutar svakog strukturnog elementa područja V, čije su materijalne funkcije aij konstitutivnih relacija (2.6) kontinuirane (tj. pronaći klasično rješenje), a na interfejsu S12 uslovi idealnog kontakta mora biti ispunjeno:

U nastavku, govoreći o rješavanju graničnih problema za kompozite, razumjet ćemo konstrukciju precizno generaliziranih rješenja.

Za simulaciju procesa razaranja konstruktivnih elemenata kompozita, pretpostavljamo da kada je uvjet

gdje je P(i), respektivno, operator kriterija čvrstoće i karakteristike čvrstoće i-te komponente, u nekom trenutku u području V dolazi do djelomičnog ili potpunog gubitka sposobnosti materijala da se odupre djelovanju unutrašnjih sila, što se ogleda u promjeni definirajućih relacija oblika (2.3) za date tačke.

Obično je nemoguće direktno dobiti rješenje graničnih problema u mehanici deformacija i loma za sisteme jednačina (2.9), (2.6), (2.10) ili (2.12) uzimajući u obzir uvjet (2.15), jer ova rješenja , kao i koeficijenti jednačina, su brzo oscilirajuće funkcije koordinata. Stoga se raširio pristup kada se sistem jednadžbi strukturno-fenomenološkog modela dovede u korespondenciju sa sistemom jednadžbi za prosječne napone, deformacije i pomake, koji se nazivaju makroskopskim.

Na primjer, u problemu graničnih vrijednosti za elastične kompozite oblika

možete ići na prosječne vrijednosti na sljedeći način.

Neka su koeficijenti jednadžbi (2.16) brzo oscilirajuće (slučajne homogene ili periodične) komadno homogene funkcije, a u svim tačkama domene V je zadovoljen uslov uniformne eliptičnosti:

gdje su k0, K0 pozitivne skalarne vrijednosti.

Tada rješenje graničnog problema (2.16) postoji i jedinstveno je. Asimptotska ekspanzija ovog rješenja u malom parametru

je takav da je prvi član serije (2.17) rješenje graničnog problema

štaviše, operator graničnog problema (2.18) je uniformno eliptičan

Iz proširenja (2.17), kao i zbog postojanja i jedinstvenosti rješenja graničnog problema (2.18), slijedi

Uvjet konvergencije (2.20), u kojem veličine ui * (r) imaju značenje prosječnih (ili makroskopskih) pomaka u normama različitih prostora za slučajne homogene, kvaziperiodične i periodične operatore, prikazan je u radovima različitih autora. .

U mehanici mikronehomogenih medija, iz polja jednačina (2.6), (2.9), (2.10), nazvanih polja mikro ili strukturnih pomaka, deformacija i napona, može se preći na usrednjena polja koristeći koncept elementarnog makrovoluma Vl.

Napeto stanje elementarnih makrovoluma karakterizira tenzor makronaprezanja sa komponentama, a deformirano stanje tenzor makronaprezanja sa komponentama. Otpor elementarnih makrovolumena na deformaciju određuje odnos između makronaprezanja i makrodeformacija:

Ako je operator invarijantan u odnosu na paralelni prijenos koordinata, tada je mikro-nehomogena sredina makro-homogena. Uslov makrohomogenosti je posebno zadovoljen sredinama čije su materijalne funkcije ili slučajne homogene ili periodične.

Za mikro-nehomogeno područje V sa slučajnom strukturom medija u graničnim problemima sa graničnim uslovima određenog oblika u pomacima

ili u naponima

gdje su simetrične tenzori-konstante, polja deformacija eij (r) i naponi uij (r) su nasumično homogeni (a za medije s periodičnom strukturom - periodični) svuda, osim u malom susjedstvu uz granicu S. Ispod granice uslova opšteg oblika (2.11), ovi uslovi nisu ispunjeni i prosečne komponente i polja deformacija i napona su funkcije koordinata. U ovom slučaju, pod pretpostavkom dovoljne glatkoće usrednjenih polja (r) i (r), vrijedi aproksimativni pristup prema kojem su polja deformacije eij (r) i uij (r) u elementarnom makrovolumu ekvivalentna oni koji se nalaze iz rješenja problema za domenu V u pomacima pri datim makrodeformacijama = (vidi (2.22)) i u naponima pri datim

dati makronaprezanja = (vidi (2.23)).

Tada se prosječne (makroskopske) deformacije i naprezanja u svakoj tački područja V određuju usrednjavanjem preko elementarnog makro-volumena Vl odabranog oko ove tačke:

Za slučajna homogena polja ovo usrednjavanje se poklapa sa operatorom usrednjavanja uvedenim izrazima (2.7), (2.8).

Postuliranje sledećih svojstava statistički usrednjenih polja pod prihvaćenim uslovima idealnog kontakta između komponenti medija:

dobijamo iz (2.9) makroskopske jednadžbe ravnoteže, a iz (2.10)

Geometrijske jednadžbe:

Sada je dobijen zatvoreni sistem jednadžbi za makroskopske fizičke veličine (tj. izgrađen je makroskopski model kompozita), a glavni zadatak je pronaći oblik operatora i odrediti njegove materijalne funkcije. Makroskopske funkcije materijala mogu se pronaći iz ispitivanja uzoraka ili izračunati rješavanjem graničnih problema strukturno-fenomenoloških modela kompozita. Ove funkcije se približno mogu naći rješavanjem zadataka za domenu V sa graničnim uslovima određenog oblika (2.22) ili (2.23).

Dakle, granični problem mehanike kompozita u okviru strukturno-fenomenološkog modela:

granični problem za homogeno područje sa efektivnim svojstvima stavlja se u korespondenciju:

a iz rješenja potonjeg nalaze se prosječne komponente polja

deformacija.

Ako se uz procese deformacije kompozita modeliraju i procesi razaranja njegovih komponenti, tada su u granični problem (2.27) uključeni kriterijumi čvrstoće oblika (2.15), a fizičke jednačine sistema ( 2.28) odražavaju ne samo svojstva deformacije elemenata konstrukcije, već i njihovo uništenje tijekom opterećenja. U ovom slučaju, makroskopski model (2.28) može se dopuniti kriterijskim odnosima čvrstoće

čiji je operator P* i makroskopske količine materijala

može se izračunati.

Dvostepena hijerarhija modela kompozitnih materijala omogućava da se rešenje početnog graničnog problema mehanike deformacije i loma (2.6), (2.9) - (2.11), (2.15) podeli na više uzastopnih faza povezanih sa izgradnjom makroskopskih konstitutivnih relacija, rešenje graničnog problema za domen sa efektivnim svojstvima, pronalaženjem polja deformacije konstrukcije u elementarnim makro-volumenima, opisom procesa razaranja strukturnih elemenata, procenom verovatnoće razaranja strukturnih elemenata. elementarne makro-volume (tj. vjerovatnoća makro-destrukcije).

Po pravilu, kada se koriste nelinearne konstitutivne relacije komponenti kompozita i uzimaju u obzir procesi destrukcije konstrukcije, postaje neophodno organizovati iterativne računske procedure za rešavanje nelinearnih problema svake od faza, s jedne strane, i slaganje faze u opštem nizu, s druge strane. U tom slučaju, u procesu deformacije, početno makrouniformno područje V postaje makro-nehomogeno, budući da elementarni makro-volumen odabran oko različitih tačaka nije jednako opterećen.

Ovakvim aproksimativnim pristupom moguće je dobiti rješenja za niz primijenjenih problema vezanih za analizu mehaničkog ponašanja i predviđanje nosivosti konstrukcijskih elemenata od kompozitnih materijala: cilindri pod tlakom posebne namjene namotani od staklenih i organoplastičnih traka, avionski motor kućišta dobivena polaganjem slojeva stakla, organskih i karbonskih tkanina, karbonsko-karbonskih elemenata blokova mlaznica motora, utičnica velikih dimenzija sa slojem za zaštitu od topline i dr.

2.3 Princip lokaliteta

Početna informacija o strukturi mikro-nehomogenog medija, kao što je već navedeno u Odjeljku 2.1, može se specificirati skupom funkcija momenta materijalnih tenzorskih ili skalarnih veličina. Ove momentne funkcije se po pravilu konstruišu eksperimentalno na realnim uzorcima ili uz pomoć kompjuterske simulacije slučajnih struktura. Studije provedene u ovoj oblasti pokazuju da su momentne funkcije drugog i višeg reda kompozita sa slučajnim statistički homogenim strukturama lokalne, a veličina područja statističke ovisnosti za dvokomponentne kompozite matričnog tipa je približno jednaka polovini prosječna udaljenost između inkluzija.

Ako momentne funkcije strukturnih svojstava mikronehomogenog medija brzo opadaju, onda se kaže da je raspored strukturnih elemenata kratkog reda.

Prilikom rješavanja stohastičkih problema u teoriji elastičnosti kompozita sa slučajnom strukturom, svojstvo lokalnosti momentnih funkcija obično se postuliralo uz uvjet statističke homogenosti. Poznata je i hipoteza o graničnoj lokalnosti momentnih funkcija, koja omogućava da se dobiju aproksimacije u jednoj tački stohastičkih graničnih problema i da se izbjegnu poteškoće povezane s izračunavanjem integrala nad područjima statističke ovisnosti, čiji integrandi uključuju funkcije momenta.

Nakon što je svojstvo lokalnosti momentnih funkcija svojstava materijala kompozita slučajne strukture potvrđeno brojnim studijama, postoji osnova za njegovu dublju primjenu u mehanici.

Treba napomenuti isto svojstvo lokaliteta, ali već karakterizira interakciju elemenata strukture.

Na primjer, interakcija inkluzija u matričnom kompozitu, koja uzrokuje izobličenja u elastičnom polju matrice, može se zamijeniti interakcijom točkastih multipola, čija snaga i red ovise o obliku i svojstvima strukturnih elemenata. Predlaže se odabir ograničenog volumena koji sadrži konačan broj multipola, u čijoj matrici se generira elastično polje koje je adekvatno elastičnom polju periodičnog problema za matricu s beskonačnim brojem inkluzija.

Slični dokumenti

Elementi mehanike kontinuuma. Energija deformacije. Minimalne teoreme. Model medija sa malim volumnim udjelom inkluzija. Polidisperzni model, svojstva medija sa malim volumnim udjelom proizvoljno orijentiranih tankih lamelnih inkluzija.

seminarski rad, dodan 30.07.2011


Kompozit kao osnova od jednog materijala, ojačan punilima od vlakana. Metode za dobivanje kompozita: umjetne, prirodne. Interakcije u kompozitnim materijalima. Struktura i fizička svojstva (1-h) (La0.5Eu0.5) 0.7Pb0.3MnO3 + PbTiO3.

disertacije, dodato 22.08.2011


Osnovni koncepti klasične Njutnove mehanike: principi relativnosti i inercije, zakoni univerzalne gravitacije i očuvanja, zakoni termodinamike. Primijenjena vrijednost klasične mehanike: primjena u ispitivanju požara, balistici i biomehanici.

test, dodano 16.08.2009


Izrada fizičkog modela deformacije materijala. Sistem klastera strukturiranih čestica. Opis mehanike procesa plastične deformacije metala pri obradi pod pritiskom i razaranja materijala pri rezanju vodenim mlazom na bazi kavitacije, rezonantnih pojava.

članak dodan 02.07.2014


Grafit kao mineral iz klase nativnih elemenata, jedna od alotropnih modifikacija ugljenika, struktura njegove kristalne rešetke, fizička i hemijska svojstva. Izvođenje i rezultati istraživanja kompozita na bazi ugljičnih nanocijevi.

teza, dodana 22.09.2011


Disipativne modifikacije kvantne mehanike. Modeli sa super žicama; dilatonsko skalarno polje i inflacija. Pristup mikroskopskim strunama opisu disipativne verzije kvantne mehanike. Poređenje teorije sa zapažanjima, crtanje.

test, dodano 05.08.2015


Predmet i zadaci mehanike je grana fizike koja proučava najjednostavniji oblik kretanja materije. Mehaničko kretanje - promjena tokom vremena položaja tijela u prostoru u odnosu na druga tijela. Osnovne zakone klasične mehanike otkrio je Newton.

prezentacija dodata 04.08.2012


Bohrov "planetarni model" atoma je u srcu kvantne mehanike, njenih osnovnih principa, ideja i značaja. Pokušaji da se objasne korpuskularna i talasna svojstva materije u kvantnoj (talasnoj) mehanici. Analiza valne funkcije i njeno vjerovatno značenje.

sažetak, dodan 21.11.2011


Sila inercije kao geometrijski zbir sila suprotstavljanja pokretne materijalne čestice na tijela koja joj daju ubrzanje. Upoznavanje sa osnovnim principima mehanike, analiza. Razmatranje karakteristika kretanja mehaničkog sistema sa idealnim ograničenjima.

prezentacija dodata 11.09.2013


Karakterizacija procesa formiranja strukture nove faze i razaranja veza između čestica, elemenata homogenih i heterogenih sistema, kao jednog od važnih problema fizike čvrstog stanja i fizičko-hemijske mehanike. Nanotehnologija elektroaktivacije.

"Definicije i klasifikacija polimernih kompozita Kompozitni materijali su materijali dobijeni od dvije ili više komponenti i ..."

-- [ Strana 1 ] --

TEMA 1. DEFINICIJE I KLASIFIKACIJA POLIMERA

KOMPOZITI. MEHANIZAM INTERAKCIJE KOMPONENTI

Moderno doba se može nazvati dobom polimera i kompozitnih materijala.

Definicije i klasifikacija polimernih kompozita

Kompozitni materijali su materijali dobiveni od dvije ili više komponenti i

koji se sastoji od dvije ili više faza. Jedna komponenta (matrica) formira kontinuitet

faza, druga je punilo. Kompozitni materijali su heterogeni sistemi i mogu se podijeliti u tri glavne klase:

1. Matrični sistemi koji se sastoje od kontinuirane faze (matrice) i dispergirane faze (diskretne čestice).

2. Kompozicije sa vlaknastim punilima.

3. Kompozicije koje imaju međusobno prožimajuću strukturu od dvije ili više kontinuiranih faza.

Prednosti heterogenih polimernih kompozicija u odnosu na homogene polimere:

1. povećana krutost, čvrstoća, stabilnost dimenzija.

2. Povećan rad razaranja i otpornosti na udar.

3. povećana otpornost na toplinu.

4. smanjena propusnost gasa i pare.

5. podesiva električna svojstva.

6. smanjeni trošak.

Nemoguće je postići kombinaciju svih ovih svojstava u jednom sastavu. Osim toga, postizanje prednosti često je praćeno pojavom nepoželjnih svojstava (ometanje toka, a samim tim i oblikovanje, pogoršanje nekih fizičko-mehaničkih svojstava).

Velike varijacije u svojstvima kompozicija mogu se postići samo promjenom morfologije i čvrstoće prianjanja između faza.

Za ravnomjeran prijenos vanjskog utjecaja kroz matricu i njegovu distribuciju na sve čestice punila, potrebna je jaka adhezija na sučelju matrice-punilo, koja se postiže adsorpcijom ili kemijskom interakcijom.

Postojanje takve adhezije između neusklađenih komponenti u heterogenoj plastici razlikuje ih od mehaničkih smjesa.

Matrica može biti metalna, keramička, karbonska. Punilo je predstavljeno u obliku čestica i vlakana, koji imaju znatno veća fizička i mehanička svojstva od matrice.

Čestice se obično nazivaju dispergiranim punilom; imaju neodređeni, kubični, sferični ili ljuskasti oblik veličine od frakcija mm do mikrona i vrijednosti nanoskala.

Inertno punilo praktički ne mijenja svojstva sastava.

Aktivno punilo značajno mijenja svojstva sastava. Na primjer, vlakna imaju karakteristike elastične čvrstoće koje su dva reda veličine veće od karakteristika matrice. Mogu biti kontinuirane ili kratke. Prečnik tankih vlakana je 5-15 mikrona, debelih (borni ili silicijum karbid) - 60-100 mikrona. Dužina kratkih vlakana je od 1-2 do 20-50 mm.

Naziv kompozita odgovara prirodi vlakana: staklo-, karbonska-, organo-, bor plastika, itd. Za hibridne verzije - stakloplastike, organoboroplastika itd.

Orijentacija vlakana određuje prijelaz s punjene plastike na ojačanu plastiku. To je sistem orijentisanih vlakana koja se drže zajedno pomoću polimerne matrice. Plastika uključuje materijale čija je nezamjenjiva komponenta svaki polimer, koji je u plastičnom ili viskoznom tečnom stanju tokom perioda oblikovanja, a u staklastom ili kristalnom stanju tokom rada. Plastika može biti homogena ili heterogena. Plastika se dijeli na termoplaste i termoreaktivne.

Klasifikacija kompozita:

1. Po prirodi matrice:

termoreaktivni termoplast.

hibrid.

Termoreaktivna matrica je matrica koja se dobija očvršćavanjem epoksida, etera, imida, organosilicijuma i drugih oligomera u procesu izrade kompozita.

Termoplastična matrica - matrica koja se topi da impregnira punilo, a zatim se hladi. To su PE, PP, poliarilen sulfoni, sulfidi, ketoni.

Hibridna matrica može kombinovati termoreaktivne i termoplastične komponente.

2. Po prirodi i obliku punila.

Organske i neorganske supstance prirodnog ili veštačkog porekla. Modul elastičnosti punila može biti manji ili veći od modula elastičnosti veziva. Punila niskog modula, koja se obično koriste kao elastomeri, bez smanjenja toplinske otpornosti i tvrdoće polimera, daju materijalu povećanu otpornost na naizmjenična i udarna opterećenja, ali povećavaju njegov koeficijent toplinskog širenja i smanjuju otpornost na deformacije. Što je veći modul elastičnosti punila i stepen punjenja, to je veća otpornost materijala na deformaciju.

Dispergovani - punjeni kompoziti, Materijali na bazi kratkih i kontinualnih vlakana.

Hemijska priroda čestica je raznolika: kreda, liskun, metalni oksidi, staklene kuglice, ugljik u obliku čađi ili fulerena, aerosil, staklene ili glinene ljuspice, inkluzije nalik na gumu itd.

Ojačavajuća vlakna - staklena, organska, karbonska itd. Poznata su i visokotemperaturna vlakna od bora i silicijum karbida, koja se često koriste za armiranje metala.

3. Po strukturi polimernih kompozita Matrix - za materijale na bazi dispergovanih i kratkih vlaknastih čestica, Slojeviti (dvodimenzionalni) i volumetrijski za armirane plastike na bazi tkanih i netkanih materijala.

Gradijentni materijali sa varijabilnom strukturom.

4. Prema stepenu orijentacije punila, anizotropiji materijala:

Kompoziti sa nasumičnim rasporedom čestica i vlakana, sa izotropnom strukturom, kompoziti sa jednosmernom orijentacijom vlakana, sa izraženom anizotropijom, 90o), kompoziti sa ukrštenim, ortotropnom orijentacijom (0, sa zadatom anizotropijom, kompoziti sa kosim vlaknom orijentacija pod uglovima drugačijim od 90°, kompoziti sa lepezastom strukturom koja se sastoji od slojeva različitih orijentacija vlakana.

5. Po metodama proizvodnje materijala i proizvoda:

jednostepene metode - ekstruzija i "mokro" namotavanje, pultruzija (provlačenje), vakuumsko oblikovanje, dvostepene metode preliminarne pripreme neorijentisanih (premiks) ili orijentisanih (prepreg) vlaknastih materijala (poluproizvoda) impregniranih sa vezivo, nakon čega slijedi formiranje materijala (laminata) "suhim" namotavanjem, presovanjem, autoklavnim oblikovanjem.

6. Po broju komponenti:

dvokomponentni, trokomponentni PCM koji kombiniraju dispergirane čestice i kratka vlakna, polifiber hibridni PCM koji kombinira vlakna sa sličnom (plastika ojačana staklenim vlaknima) ili značajno različitom (plastika ojačana staklenim vlaknima) deformabilnosti, polimatrične strukture, na primjer, baziran na kombinaciji termoreaktivnih i termoplastičnih veziva.

7. Po zapremini sadržaja punila:

sa neorijentisanom strukturom - sadržaj punila 30-40% -, sa orijentisanom strukturom - 50-75%, visoko i izuzetno punjena organovlakna - 75-95% -.

8. Po funkcionalnosti:

jednofunkcionalni (strukturalni), multifunkcionalni, sposoban za samodijagnozu (pametan), multifunkcionalan, sposoban za samodijagnozu i samoprilagođavanje (inteligentni).

Prilikom projektovanja kompozitne plastike postoje dve faze (vidi tabelu):

1 - računsko - analitičko, 2 - eksperimentalno - tehnološko.

1 - uključuje: analizu specificiranih uslova opterećenja i određivanje metode za projektovanje plastike sa traženim svojstvima. Koriste se koncepti i formule preuzeti iz mehanike kompozitnih materijala:

a) fenomenološki pristup se zasniva na primjeni jednačina teorije elastičnosti, puzanja itd. za anizotropne materijale, b) - utvrđivanje zavisnosti mehaničkih karakteristika sastava od veličine čestica punila, mehaničkih svojstava komponenti, njihovog volumetrijskog sadržaja itd. Ove zavisnosti se analiziraju na mikroskopskom, makroskopskom i srednjem nivou. . Mikronivo - nivo strukturalne heterogenosti, srazmeran poprečnim dimenzijama elemenata punila - prečnikom čestica punila ili debljinom sloja za ojačanje.

Tabela Potrebne mehaničke karakteristike kompozitne plastike Izbor komponenti i njihov izbor šeme omjera armature u sastavu

- & nbsp– & nbsp–

Oblik Odnos veličina Mehanizam interakcije PCM komponenti Razmotrimo mehanizam prijenosa naprezanja sa matrice na punilo, ovisno o njegovoj konfiguraciji.

U najjednostavnijoj verziji, kada je polimer ojačan jednosmjernim kontinuiranim vlaknima i rastegnut u smjeru njihove orijentacije, deformacija komponenti je ista, a naprezanja koja nastaju u njima proporcionalna su modulu elastičnosti vlakana i matrice. Ako su u istom modelu vlakna diskretna, tada se ispostavlja da je raspodjela naprezanja nehomogena po dužini vlakna. Na krajevima vlakna nema naprezanja, ali naprezanja smicanja nastaju na sučelju matrice vlakana, koja postepeno uvlači vlakno u rad. Rast vlačnih napona u vlaknu se nastavlja sve dok ne dostignu prosječni nivo naprezanja uočenih u kontinuiranom vlaknu. Shodno tome, dužina na kojoj se to dešava naziva se "neefikasna". Sa povećanjem deformacije, "neefikasna" dužina raste i dostiže svoju maksimalnu vrijednost pri naprezanju koje odgovara čvrstoći vlakna. U ovom slučaju, „neefikasna“ dužina se naziva „kritična“ I. To je važna karakteristika interakcije kompozita i može se izračunati po Kelly formuli lcr / dwave = fiber / 2mat (1) gdje su dwave i val prečnik i čvrstoća vlakana; mat - granica tečenja matrice ili adhezivna čvrstoća sistema.

Ovisno o čvrstoći vlakana i vrsti polimerne matrice, omjer lcr/dvol može varirati od 10 do 200; na dva talasa 10 mikrona, lcr = 0,15-2,0 mm.

Iz gornjeg obrazloženja proizilazi da u prijelazu s kontinuiranih vlakana na diskretna, dio dužine svakog vlakna neće percipirati puno opterećenje. Što je vlakno za ojačanje kraće, to je manje efikasno. Na l lcr, matrica ni pod kojim okolnostima ne može prenijeti napon na vlakno, dovoljan za njegovo uništenje. Iz ovoga slijedi da je ojačavajuća sposobnost kratkih vlakana (povećanje karakteristika elastične čvrstoće polimera) vrlo niska. Pogotovo kada se uzme u obzir orijentacija vlakana, koja nikada nije idealna u takvim materijalima.

Struktura materijala na bazi kratkih vlakana prilično je haotična. Prednost punila kratkih vlakana određena je mogućnošću brze obrade materijala u proizvode. Međutim, u procesu livenja ili ekstruzije dolazi do dodatnog uništavanja vlakana čija se dužina obično smanjuje na 0,1-1 mm.

Prelaskom na raspršeno praškasto punilo, mogućnost prijenosa naprezanja s matrice na punilo je toliko smanjena da se njegov doprinos povećanju čvrstoće kompozita počinje nadmetati sa smanjenjem čvrstoće matrice zbog nastajanje neujednačenosti naprezanja i razvoj defekata. Zbog toga se čvrstoća takvog kompozita obično ne povećava u odnosu na snagu matrice (ponekad se čak i neznatno smanjuje).

Kada se viskozni termoplasti napune tvrdim punilima u količini većoj od 20%, uočava se prijelaz od plastičnog toka do krtog loma. U ovom slučaju dolazi do značajnog smanjenja udarne žilavosti, rada razaranja. Modul elastičnosti raste sa povećanjem količine punila, ali istovremeno i veličine i broja pukotina, „pseudopora“ koje nastaju tokom opterećenja tokom odljuštenja matrice od dispergovanih čestica u trenutku postizanja napona koji odgovaraju Povećajte snagu prianjanja sistema. Teorijske i eksperimentalne studije pokazuju da je smanjenjem veličine čestica punila i širenja njihovih promjera moguće značajno smanjiti vjerojatnost pojave velikih defekata.

Glavni razlog stvrdnjavanja je promjena smjera rasta pukotina kada dođu u kontakt sa čvrstim česticama punila. Najvjerovatniji smjer rasta prsline je okomit na smjer primijenjene sile. Ako se čestica punila nalazi u ovom smjeru, tada bi pukotina trebala promijeniti svoj smjer tangencijalno na površinu čestice. Dakle, ako su čestice u obliku vlakana i izdužene su u smjeru djelovanja sile. Isključeno je širenje pukotina duž čestica punila.

Kada se koristi monolitno vlakno kružnog poprečnog presjeka, pokazatelji mehaničkih svojstava obično dostižu maksimum na 2 = 0,65 - 0,7. Pri korištenju preciznih metoda polaganja profiliranih vlakana moguće je povećati 2 do 0,85, nakon čega čvrstoća kompozita počinje više ovisiti o čvrstoći prianjanja na međusklopu vlakna-vezivo nego o čvrstoći vlakna.

Sa istim stepenom ispunjenosti (2 = 0,7) i odnosom modula elastičnosti (E2 / E1 = 21), krutost plastike sa vlaknima trouglastog poprečnog preseka u poprečnom smeru prevazilazi krutost plastike sa vlaknima kružnog poprečnog preseka. sekcija faktorom 1,5.

Zamjena monolitnog vlakna šupljim vlaknom omogućava naglo povećanje specifičnih vrijednosti čvrstoće i krutosti proizvoda pri kompresiji i savijanju, jer se moment inercije povećava s istom masom vlakana.

Neefikasna je upotreba šupljih vlakana u vlačnim sastavima zbog niske čvrstoće profilnih vlakana. Prilikom šišanja bolje je koristiti profilirana vlakna.

Drugi pravac u stvaranju polimera s disperznim punjenjem je njihova modifikacija gumenim česticama kako bi se smanjila krhkost i povećala otpornost na udar.

Pozitivni rezultati su dobijeni za visoko udarne polistirenske, epoksidne i druge matrice. Mehanizam stvrdnjavanja materijala je naizgled vrlo složen, ali glavna uloga je pripisana inhibiciji širenja pukotina česticama gume. Mnogi autori ukazuju na preporučljivost stvaranja prelaznog sloja visoke adhezije na matrični polimer i fazu gume kako bi se povećala čvrstoća.

Vratimo se jednosmjernom kompozitu zasnovanom na kontinuiranim vlaknima i razmotrimo mikromehaničke modele njegovog uništenja. Elementarna vlakna imaju vrlo visoke karakteristike čvrstoće, desetine puta veće od čvrstoće masovnih uzoraka. Na primjer, čvrstoća rasutog stakla je 50-70 MPa, au obliku vlakana - 2,5-3,0 GPa; slična slika se opaža za organska i ugljična vlakna, čija čvrstoća doseže 4-6 GPa. Ova razlika se objašnjava ili utjecajem faktora razmjera (veličina površine vlakana određuje veličinu mogućeg defekta), ili orijentacijskim efektom, koji je vrlo karakterističan za organska vlakna.

Prilikom testiranja filamenata uočen je veliki raspršivanje eksperimentalnih vrijednosti čvrstoće. Stoga se obično testira najmanje 50 uzoraka, nađe se prosječna vrijednost i njena varijansa.

Na osnovu hipoteze o slaboj karici, Weibull je dobio sljedeću jednačinu za vjerovatnoću loma P () uzorka pri naprezanju i dužini uzorka L:

R () = 1 - exp (–L), (2)

čije se konstante određuju iz eksperimentalno dobijene raspodjele čvrstoće elementarnih vlakana. Parametar P karakterizira neispravnost uzoraka.

Vrijednosti koeficijenta kreću se od 3-5 za normalna staklena vlakna i do 10-12 za "neoštećena" staklena vlakna.

U stvarnosti, rijetko se radi s jednim vlaknom, obično sa snopom koji se sastoji od mnogo vlakana. Prema Danielsovim teorijskim konceptima, smanjenje čvrstoće snopa nevezanih vlakana u odnosu na prosječnu snagu valova određeno je disperzijom njihove čvrstoće. Prilikom opterećenja, kada se dostigne krajnja čvrstoća vlakna, ono se lomi i više ne učestvuje u radu.

Sila se preraspoređuje na cijela vlakna, proces se nastavlja do trenutka lavinskog uništenja većine, a potom i svih vlakana u niti (snop). Kod = 10, jačina filamenta n je približno 80% prosječne čvrstoće filamenta.

Analiza dijagrama opterećenja niti - omogućava praćenje cijelog procesa postepenog lomljenja vlakana. Također vam omogućava da identificirate neke nedostatke u niti, posebno razliku u dužini (neujednačenu napetost) vlakana, što povećava neistovremenost njihovog uništenja. Interakcija (povezivanje) vlakana, zbog uvijanja ili djelomične adhezije, očituje se u prirodi dijagrama

- koji postaju linearniji. Weibullov koeficijent za nevezani snop vlakana trebao bi ostati isti kao za filamente: u slučaju snopa ima tendenciju povećanja.

Polimerna matrica koja veže snop u jednu cjelinu - mikroplastiku - dovodi do povećanja njegove čvrstoće. U ovom slučaju, čvrstoća je praktično nezavisna od dužine uzorka (= 30-50), što ukazuje na promjenu mehanizma loma. Činjenica je da vlakno pokidano na nekom mjestu ne prestaje da percipira opterećenje, kao u niti, već nastavlja raditi na istom nivou naprezanja kao u susjednim vlaknima. To se događa na udaljenosti lcr od mjesta loma u skladu s gore navedenim mehanizmom za materijale na bazi kratkih vlakana.

Prema statističkoj teoriji čvrstoće koju su razvili Gurland i Rosen, do razaranja jednosmjernog kompozita pod napetostima dolazi akumulacijom lomova, drobljenjem vlakana u polimernoj matrici. U ovom slučaju, teorijska čvrstoća vlakana tr u kompozitu jednaka je čvrstoći nevezanog snopa vlakana "kritične" dužine lcr.

tr = (lkre) –1 / U praksi se proces drobljenja vlakana ne može završiti. Obično se prekida nastankom i razvojem glavne pukotine zbog prenaprezanja u presjeku, gdje se akumulira najveći broj nedostataka, ili raslojavanja na granici vlakna-vezivo. Ovaj mehanizam omogućava postizanje najvećih vrijednosti čvrstoće, jer je povezan s disipacijom energije za formiranje velikih slobodnih površina. Na osnovu ovoga, kada se razmatra implementacija čvrstoće vlakana u kompozitu, preporučljivo je uporediti eksperimentalne vrijednosti valova sa jačinom tr, koja bi mogla biti u implementaciji mehanizma drobljenja vlakana:

Kp = vol / tr, gdje je Kp koeficijent realizacije čvrstoće.

Njegove stvarne vrijednosti dostižu 60-80% za jednosmjernu staklenu, organsku i plastiku ojačanu karbonskim vlaknima na bazi super jakih vlakana.

Sličan pristup je također predložen za proučavanje realizacije čvrstoće fiberglasa pri uzdužnoj kompresiji.

Trenutno se razmatraju dvije glavne varijante mehanizama uništavanja:

Prijelom zbog gubitka stabilnosti vlakana na elastičnoj podlozi;

Delaminacija materijala od djelovanja posmičnih naprezanja.

Glavna zavisnost koja proizilazi iz razmatranja prvog modela loma vezuje čvrstoću materijala pri kompresiji hcw sa modulom smicanja matrice Gm i njegovim volumetrijskim sadržajem m:

tszh = Gm / Vm Proračuni izvedeni prema ovoj formuli daju vrlo visoke teorijske vrijednosti tszh. Na primjer, sa modulom smicanja Gm = 1-1,5 GPa, što je tipično za epoksidne smole, i m = 30%, tlačna čvrstoća hfc-a može biti 3-5 GPa, dok za prave materijale ne prelazi 1,5 GPa. ..

Može se tvrditi da, u svim slučajevima, postoji proporcionalnost između čvrstoće plastike od stakloplastike na kompresiju i posmičnog smicanja:

tszh = K pomak, što sugerira da prevladava drugi mehanizam. Ovo se može objasniti strukturnim defektima uzoraka i nehomogenim poljem naprezanja koji nastaje tijekom ispitivanja. Posebne metode za pripremu i proučavanje jednosmjernog stakloplastike omogućile su povećanje hcf-a do 2-3 GPa, odnosno u velikoj mjeri je bilo moguće implementirati mehanizam gubitka stabilnosti vlakana, povećavajući koeficijent ostvarenja čvrstoće. od 30-40 do 60-70%.

Kod komprimirane organoplastike dolazi do uništenja duž smične ravnine orijentirane pod kutom od 45 ° u odnosu na os vlakana, što je tipično za plastična vlakna.

Sličan mehanizam se, očigledno, odvija i za CFRP, iako je u ovom slučaju u kombinaciji sa elementom smicanja.

Raznolikost mehanizama destrukcije kompozita omogućava da se postavi pitanje optimizacije svojstava veziva. Na primjer, da bi se povećala vlačna čvrstoća materijala duž vlakana, potrebno je smanjiti "kritičnu" dužinu, što se postiže povećanjem krutosti matrice. S druge strane, to dovodi do povećanja koncentracije naprezanja i rasta glavne pukotine. Konkurencija između ovih mehanizama se uočava u vidu ekstremne zavisnosti čvrstoće kompozita od granice popuštanja veziva, koja se menja promenom temperature, brzine ispitivanja ili uvođenjem plastifikacionih aditiva.

U svakom slučaju, optimum je drugačiji:

zavisi od prirode vlakana, prisutnosti postojećih tehnoloških naprezanja i nedostataka. Nedosljednost zahtjeva za vezivom se pogoršava kada se uzme u obzir njegova proizvodnost, otpornost na toplinu, sposobnost apsorpcije dinamičkih efekata (udarna čvrstoća) itd. Najslabija tačka kompozitnih materijala je njihova niska čvrstoća i posmična deformabilnost. Stoga tehnološka i radna naprezanja često dovode do pucanja materijala.

Uobičajeno je da se lomna žilavost kompozita karakteriše njegovom specifičnom žilavošću loma Gc – energijom koja se raspršuje tokom formiranja nove površine. Što je veća specifična žilavost loma, veća je otpornost kompozita na raslojavanje. Interlaminarni viskozitet se povećava sa povećanjem deformabilnosti matrice, adhezije vlakna na matricu i debljine međusloja veziva vlakna na vlakno (VCB).

Modifikacija epoksidnih matrica gumom nije dovela do značajnog poboljšanja svojstava materijala. Možda je to zbog činjenice da je plastična zona u kompozitu ograničena veličinom prostora između vlakana. Mnogo veći učinak se uočava kada se koriste termoplastične matrice, na primjer, poliarilen sulfon PSF, čija deformabilnost doseže 80-100%. U ovom slučaju, vrijednosti Gc se povećavaju za gotovo red veličine.

Mikromehanički modeli polimernih kompozita omogućavaju otkrivanje analitičkih ovisnosti koje pokazuju utjecaj svojstava vlakana, matrice, njihove adhezivne interakcije, strukture materijala i mehanizama loma na makroskopske karakteristike elastične čvrstoće jednosmjernog sloja. Oni najuspješnije opisuju krajnji modul elastičnosti i vlačne čvrstoće kompozita. U slučaju kada su deformacije vlakana i matrice iste, javljaju se sljedeći odnosi aditiva koji pokazuju doprinos svake komponente proporcionalno njenom zapreminskom sadržaju Ek = Evv + Em

- & nbsp– & nbsp–

Ove jednadžbe se nazivaju "pravilo mješavine".

Budući da doprinos polimerne matrice obično ne prelazi 2-5%, može se zanemariti:

Ek () = Evv i k () = cv Modul elastičnosti E () može se izračunati po formuli 1 / Ek () = w / Ev + m / Em Treba uzeti u obzir da se modul elastičnosti samih vlakana u poprečnom smjeru poklapa sa modulom elastičnost u uzdužnom smjeru samo za izotropna staklena i borova vlakna. Za karbonska i organska vlakna, poprečni modul je znatno niži od uzdužnog. Slična ovisnost postoji i za modul smicanja jednosmjernog kompozita "u ravnini" vlakana.

Čvrstoća kompozita pod poprečnim zatezanjem-stiskanjem i smicanjem zavisi od mnogih faktora, prvenstveno od svojstava matrice, adhezivne interakcije, strukture materijala – prisutnosti pora i drugih defekata. Analitičke zavisnosti u ovom slučaju mogu biti samo korelacione prirode. Općenito je prihvaćeno da armatura smanjuje čvrstoću kompozita u poprečnom (poprečnom) smjeru za oko 2 puta u odnosu na čvrstoću homogene matrice.

Svojstva elastične čvrstoće kompozita Čvrstoća i krutost su najvažnije karakteristike svakog materijala. Kada je uzorak opterećen zatezanjem ili kompresijom, u njemu nastaju normalni naponi i odgovarajuće deformacije koje rastu sve dok se materijal ne uništi.

Krajnji (maksimalni) stres naziva se njegova snaga. Za linearne elastične materijale postoji direktna proporcionalnost između napona i deformacije Hookeov zakon = E. Koeficijent proporcionalnosti karakterizira krutost materijala i označava se kao modul elastičnosti, ili Youngov modul E.

Ovaj zakon je također ispunjen kada je uzorak opterećen posmičnim (tangencijalnim) naprezanjima i deformacijama, koje nastaju, na primjer, tijekom torzije.

Koeficijent proporcionalnosti u ovom slučaju naziva se modul smicanja G: = .G.

Kada se materijal rastegne, istovremeno sa istezanjem, njegove poprečne dimenzije se smanjuju, što karakteriše Poissonov omjer, koji uspostavlja odnos između deformacija duž x i poprijeko y uzorka: x = µ y.

Elastična svojstva izotropnih materijala dobro su opisana sa dvije konstante E i G, među kojima odnos odgovara jednadžbi G = E / 2 (l + µ).

Gore navedene relacije opisuju dobro izotropne materijale čija su svojstva ista u svim smjerovima. To uključuje polimere s disperznim punjenjem, kao i kompozite na bazi kratkih ili kontinuiranih vlakana haotične strukture. (Za vlaknaste materijale uvijek postoji određeni stupanj orijentacije, određen utjecajem tehnoloških faktora.) Kada je konstrukcija opterećena, naponsko-deformacijsko stanje materijala najčešće postaje nehomogeno. Ovo pruža priliku da se identificiraju glavni (maksimalni) naponi koji mogu uzrokovati njegovo uništenje. Na primjer, u slučaju cijevi pod unutarnjim ili vanjskim pritiskom, obodna naprezanja su dvostruko veća od aksijalnog naprezanja, odnosno polovina debljine izotropnog materijala je neefikasna u smislu aksijalnih napona. Nehomogenost polja naprezanja može biti znatno veća. Za kućišta s otvorenim izlazom (puške, cijevi za bacanje granata), omjer radijalnog i aksijalnog naprezanja doseže 8-10 ili više. U tim slučajevima treba iskoristiti izuzetnu sposobnost vlaknastih materijala, koji se mogu orijentirati u matrici prema raspodjeli glavnih operativnih napona.

Pogledajmo primjer jednosmjernog sloja. Jednosmjerni sloj je izotropan u smjeru okomitom na os orijentacije vlakana x Tipične vrijednosti elastičnih konstanti jednosmjernih kompozita date su u tabeli. jedan.

- & nbsp– & nbsp–

Zatezna čvrstoća jednosmjernog sloja duž zrna može se kretati od 1,0 do 2,5 GPa, ovisno o nivou čvrstoće vlakana, vrsti i sadržaju veziva. U ovom slučaju, čvrstoća u poprečnom smjeru ne prelazi 50-80 MPa, tj. koeficijent anizotropije je 20-30.

Blago odstupanje smjera djelovanja opterećenja od smjera orijentacije vlakana praktički nema utjecaja na vlačnu čvrstoću kompozita. Zbog toga je dopuštena određena pogrešna orijentacija vlakana (3-5 °), stvorena posebnim posipačem ili povećanjem koraka namotaja kako bi se povećala poprečna čvrstoća materijala. U slučaju kompresije, to je neprihvatljivo, jer potiče razvoj posmičnih napona, koji određuju čvrstoću materijala pri kompresiji.

Jednosmjerni kompozit je osnova složene strukture koja nastaje kombinovanjem pojedinačnih slojeva u skladu sa zahtjevima performansi elementa konstrukcije. Metode proizvodnje: vakuumsko ili autoklavno oblikovanje, prešanje, namotavanje.

Razmotrimo dalje teorijske modele za opisivanje procesa deformacije i loma slojevitih kompozita složene strukture. Konvencionalno se mogu razlikovati dva glavna pristupa u razvoju metoda proračuna: fenomenološki i strukturalni. U fenomenološkom pristupu kompozitni materijal se posmatra kao homogena anizotropna sredina čiji je model zasnovan na eksperimentalno dobijenim podacima. Odabrani kriterij čvrstoće odnosi se na cijeli materijal u cjelini. Prednost fenomenoloških modela je lakoća izračunavanja. Međutim, za materijale sa složenom shemom armiranja potrebno je odrediti mnogo empirijskih koeficijenata, što zahtijeva mnogo eksperimenata. Osim toga, fenomenološki modeli ne uzimaju u obzir strukturne procese tokom loma: pucanje, mikro-izbočenje, itd.

Određivanje optimalne veličine čestica punila Naprezanje koje nastaje na različitim područjima površine čestice (mikro-ljuspice ili mikrovlakna) ovisi o udaljenosti r od odgovarajuće površine = - o (1 -) / 2r, gdje je Poissonov omjer.

Čvrstoća s povećanjem specifične površine visoko dispergiranog punila povećava se do određenog maksimuma, ovisno o prirodi komponenti sastava.

Optimalni promjer d kontinuiranih vlakana u rastezljivoj ortotropnoj plastici na datom razmaku između vlakana određen je jednadžbom d (1/2 - 1), gdje su 1, 2 izduženja pri prekidu vlakana veziva, odnosno punila.

Izbor oblika čestica punila Oblik čestica utiče na mehanizam razaranja plastike. Uzimaju se u obzir veličina i oblik proizvoda, tehnologija obrade.

U slučaju proizvoda male debljine i složene konfiguracije, prednost se daje visoko dispergovanim punilima (praškovima), jer se lako raspoređuju u vezivu, zadržavajući prvobitnu distribuciju tokom oblikovanja proizvoda.

Upotreba visoko dispergiranih punila smanjuje vjerojatnost uništenja, raslojavanja proizvoda tijekom naknadne mehaničke obrade.

Čvrste inkluzije u rastegnutom uzorku smanjuju napon u zoni kontakta veziva sa punilom, ali u samoj sfernoj čestici napon prelazi

1,5 puta veći napon u zonama veziva udaljenim od njega, tj. punilo preuzima najveći dio opterećenja.

Utjecaj punila se povećava ako su čestice elipsoidne i orijentirane u smjeru ose deformacije.

Odabir komponenti sa optimalnim balansom mehaničkih karakteristika. Uslovi: interakcija ljepila je veća od kohezije veziva, obje komponente rade zajedno do uništenja, idealno elastično ponašanje materijala za punjenje i veziva.

Određivanje optimalnog stepena punjenja Čak i vlakna za ojačanje nemaju uvijek ojačavajući učinak na plastiku. Ako omjer karakteristika deformacije veziva i armature u jednosmjernoj plastici zadovoljava uvjet cc, tada do kritičnog volumetrijskog sadržaja vlakana (c, cr) dolazi čak do linearnog smanjenja vlačne čvrstoće = c (1 - c ).

Zbog blage deformacije veziva pri lomljenju jednake c, naprezanje koje preuzimaju vlakna je prenisko da bi kompenziralo smanjenje čvrstoće polimerne matrice. Tek počevši od b, cr, ukupna čvrstoća ojačanog vlakna može nadoknaditi smanjenje čvrstoće matrice, a čvrstoća plastike počinje rasti.

Svaka plastika se odlikuje svojim b, cr, koji je za odabrano polimerno vezivo manji, što su ojačavajuća vlakna jača, a za odabranu vrstu vlakana raste sa povećanjem čvrstoće veziva c.

Maksimalni stepen punjenja, max idealno odgovara takvoj gustini pakovanja vlakana pri kojoj se dodiruju duž generatriksa cilindričnih površina. Krajnja gustina pakovanja postiže se pri različitim stepenima punjenja.

LLC v, max = 0,785, heksagonalni LLC v, max = 0,907 Tetragonalni LLC LLC Ako se koriste vlakna različitih prečnika, moguće je postići v, max = 0,924.

Optimalni stepen je manji od maksimalnog u, opt 0,846 / (1 + min / D) 2, gde je min minimalno moguće rastojanje između vlakana.

Osobine strukture i svojstva polimernih kompozitnih materijala (PCM).

PCM sa visokim sadržajem vlakana. Fizička i mehanička svojstva kompozita u suštini zavise od relativnog sadržaja komponenti. Prema "pravilu mješavine", što je veći sadržaj vlakana, veća je gustina njihovog pakiranja, to bi (pod jednakim uvjetima) trebao biti veći modul elastičnosti i čvrstoće kompozita. Proračun masenog sadržaja vlakana u materijalu zasniva se na njihovoj količini u uzorku, koja se utvrđuje iz tehnoloških razmatranja (linearna gustina, broj slojeva tkanine ili parametri namotavanja). Za stakloplastike možete koristiti metodu sagorevanja veziva. Postoji omjer ox + sv = 1.

Teoretski, maksimalni mogući sadržaj vlakana jednog promjera sa najgušćim heksagonalnim pakiranjem iznosi 90,8% zapremine. Uzimajući u obzir stvarnu disperziju prečnika vlakana (10%), ova vrijednost se smanjuje na oko 83%. U mnogim radovima, optimalni sadržaj vlakana je w = 0,65. Ova vrijednost, očigledno, ne karakterizira debljinu vezivnih filmova (oni su različiti), već vlaknasti okvir koji nastaje tijekom formiranja materijala jednom ili drugom metodom. Utjecaj faktora sile (napetost prilikom namotavanja i pritisak pritiska) u ovom slučaju je neefikasan, jer će dovesti samo do uništenja vlakana.

Pravi način da se povećaju svojstva elastične čvrstoće kompozita povećanjem sadržaja vlakana je kompaktiranje njihovog pakiranja u prepregu dok se njihov položaj u kompozitnoj strukturi ne fiksira. Smanjenjem viskoznosti veziva i povećanjem dejstva faktora sile, bilo je moguće povećati sadržaj staklenih i organskih vlakana u jednosmernom kompozitu na 78% zapremine. Istovremeno, njegove karakteristike elastične čvrstoće su se u skladu s tim povećale. Teoretski, sadržaj vlakana ne zavisi od njihovog prečnika, ali u praksi je to od velike važnosti. U slučaju karbonskih vlakana, čija je prečnik upola manji od staklenih ili organskih vlakana, bilo je moguće povećati njihov sadržaj u CFRP-u samo do 65%, jer je u takvom sistemu teže savladati trenje i ukloniti višak veziva.

Korištenjem organskih vlakana SVM-a moguće je dobiti visoko ojačanu organoplastiku sa sadržajem vlakana do 90-95%. To se postiže nepovratnom termičkom deformacijom vlakana u smjeru okomitom na njihovu os, što dovodi do promjene poprečnog presjeka vlakna od okruglog do proizvoljnog poprečnog presjeka zbog kontakta sa susjednim vlaknima. Interakcija između CBM vlakana ostvaruje se ili kroz najtanje slojeve veziva, koje se vjerovatno djelimično nalazi unutar vlakana, ili kroz autohezionu vezu koja nastaje prilikom međusobne difuzije komponenti vlakana.

Modul elastičnosti i čvrstoće prstenastih uzoraka variraju linearno praktično u cijelom rasponu povećanja zapreminskog sadržaja vlakana, što ukazuje na ispunjenje „pravila mješavine“.

Učinak povećanja karakteristika elastične čvrstoće kompozita (20-40%) je toliko značajan da značajno preklapa uočeno u nekim slučajevima smanjenje posmičnih i poprečnih svojstava materijala, kao i povećanje njihove apsorpcije vode.

Visoko i ultra ojačane kompozite treba koristiti u komponentama bez smicanja. Za poboljšanje otpornosti na vremenske uvjete, vanjski slojevi konstrukcije mogu biti izrađeni od kompozita s normalnim ili povećanim sadržajem veziva.

HIBRIDNA I GRADIJENTNO Ojačana plastika (HAP) C

PODEŠIVA MEHANIČKA SVOJSTVA

Stvaranje hibridnih polimernih kompozitnih materijala koji kombinuju dvije ili više vrsta vlakana - staklena, organska, ugljična i bor, obećavajući je pravac u razvoju moderne tehnologije, jer omogućava proširenje mogućnosti stvaranja materijala sa željenim svojstvima. Najznačajniji faktor koji utiče na prirodu mehaničkog ponašanja HAP-a, posebno pri zatezanju, je vrijednost krajnjih deformacija vlakana koja armiraju materijal. Među HAP-ovima, koji kombinuju vlakna koja imaju slične karakteristike deformacije, su plastika ojačana staklenim vlaknima i ugljična-boroplastika.

Mehaničko ponašanje takvih materijala pri zatezanju, kompresiji, savijanju i smicanju u osnovi odgovara principu aditivnosti, odnosno „pravilu mješavina“.

Drugačija priroda pravilnosti uočena je u proučavanju HAP-a, kombinujući vlakna različite deformabilnosti. Prilikom rastezanja ugljičnog stakla, ugljično-organskog, bor-stakla i bor-organoplastike uništavanje vlakana se ne događa istovremeno.

Krajnja deformacija kompozita je u ovom slučaju određena uglavnom deformacijom onih vlakana čiji zapreminski sadržaj prevladava.

Označimo vlakna visokog modula indeksom "1", a vlakna niskog modula indeksom "2".

Pri velikom sadržaju vlakana visokog modula elastičnosti (i maloj vrijednosti krajnje deformacije 1), čvrstoća kompozita se izračunava po formuli k1 = 1 (ECBf + E11 + E22) Pri velikom sadržaju vlakana sa niskim modulom elastičnosti, čvrstoća kompozita k se izračunava po formuli k2 = 2 (ECBf + E22) Mehanizam razaranja trokomponentnih materijala se mijenja kada se postigne određeni kritični omjer multimodulnih vlakana µcr, pri čemu je jednako vjerovatno uništenje vlakana različitih prekidnih izduženja, tj k1 =.

k2. Zanemarujući snagu matrice, dobijamo omjer 1 E11 + 1E22 = 2 E22 nakon čije transformacije imamo:

1/2 = k = E2 (2 - 1) / 1 E1 Kako je 2 = 1 - 1, onda je µkr2 = k / (1 + k).

Za plastiku ojačanu karbonskim vlaknima možemo uzeti E1 = 250 GPa, E2 = 95 GPa, 1 = 0,8%, 2 = 3,5%, zatim k = 0,3; µcr1 = 23% ili µcr2 = 77%.

Koncept kritičnog volumena također se primjenjuje na kompozite zasnovane na jednoj vrsti vlakana. Karakterizira prijelaz od uništenja veziva do uništenja vlakana.

Zbog velike razlike u njihovim elastičnim karakteristikama, µcr je vrlo mali i iznosi 0,1-0,5% vlakana.

Razmotrimo krivulje deformacije plastike ojačane karbonskim vlaknima s različitim sadržajem žica različitog modula. U početnom dijelu I krivulje deformacije su linearne, karbonska i staklena vlakna su deformirana zajedno, modul elastičnosti je sastavljen od dvije komponente i odgovara aditivnim prikazima. Uzorci koji sadrže više od kritične količine karbonskih vlakana uništavaju se pri deformaciji od 0,7-0,9%. Nelinearni presjek II na krivuljama deformacije - plastike ojačane karbonskim vlaknima, u kojoj je sadržaj karbonskih vlakana manji od kritičnog, može se smatrati presjekom "pseudoplastičnosti" zbog postepenog drobljenja karbonskih vlakana u matrici od stakloplastike, čime se osigurava integritet materijala. Nelinearni presjek II završava se deformacijom od oko 2%. Nadalje, uočen je gotovo linearni presjek III, u kojem modul elastičnosti odgovara udjelu staklenih vlakana u kompozitu, a krajnja deformacija

- granična deformacija staklenih vlakana 2 3-3,5%.

Pri ponovljenom opterećenju uzorka, dijagram je potpuno linearan i odgovara trećem dijelu originalne krivulje. U isto vrijeme, fragmentacija vlakana, po svemu sudeći, nastaje tijekom još dva ili tri ciklusa opterećenja - rasterećenja, jer se tek nakon toga uspostavlja stalna korelacija ovisnosti električnog otpora na deformaciju uzorka.

Ovisnost vlačne čvrstoće HAP-a o odnosu multimodalnih vlakana karakterizira krivulja s minimumom koji odgovara kritičnom omjeru vlakana.

Za materijale testirane na kompresiju, dijagrami - i ovisnosti čvrstoće su gotovo linearne. Organska i ugljična vlakna male čvrstoće (kod kompresije), koja se nalaze u staklenoj ili boroplastičnoj matrici, ne smiju izgubiti stabilnost tijekom deformacije i stoga pri naprezanjima 2-3 puta većim nego u konvencionalnoj plastici ojačanoj organskim i karbonskim vlaknima. Ovi efekti, kao i povećanje deformabilnosti karbonskih vlakana u matrici od fiberglasa pod napetosti, mnogi autori nazivaju sinergističkim.

Vlakna različitih tipova se miješaju u istom sloju ili naizmjeničnim slojevima.

Ispod su neki primjeri najracionalnije kombinacije multimodulnih vlakana u HAP-u:

kombinacija staklenih i organskih vlakana omogućava da se dobiju materijali, s jedne strane, sa većom čvrstoćom na pritisak i smicanje (u poređenju sa organoplastikom), s druge strane, da se povećaju specifične karakteristike hibridnog sistema pod napetostima (u poređenju sa do fiberglasa);

HAP baziran na kombinaciji staklenih i karbonskih vlakana ima veći modul elastičnosti u odnosu na fiberglas, uz zadržavanje specifičnih karakteristika čvrstoće materijala na kompresiju i blago smanjenje napetosti; povećava se rad uništavanja uzoraka;

Dodatak vlakana bora stakloplastici može značajno povećati njihov modul elastičnosti, uz održavanje (ili povećanje) čvrstoće materijala pri kompresiji.

Jedna od varijanti HAP-a je gradijentni PCM, čija su struktura i svojstva prostorno nehomogena. Glatka, kontrolirana promjena svojstva elastične čvrstoće PCM-a u brojnim slučajevima omogućava stvaranje uniformnog polja naprezanja. Na primjer, kada su homogene PCM školjke opterećene unutarnjim ili vanjskim pritiskom s povećanjem debljine konstrukcije, uočava se značajno smanjenje njihovih efektivnih karakteristika elastične čvrstoće. Samo su slojevi koji se nalaze u blizini medija pod pritiskom potpuno opterećeni. Počevši od određene debljine, PCM praktički prestaje da percipira dodatno opterećenje i nema smisla povećavati debljinu ljuske. Teoretski, ovaj fenomen se može izbjeći korištenjem PCM-a s promjenjivim (povećanjem debljine) modulom elastičnosti.

Istovremeno, karakteristike težine i veličine materijala će se poboljšati za 1,5-2 puta.

U praksi se ova opcija može realizovati, na primjer, namotavanjem PCM ljuske sloj po sloj, postupno (u skladu s proračunom) povećavajući količinu karbonskih vlakana u odnosu na staklo. Slični problemi (i njihovo rješenje) se također susreću pri kreiranju super zamašnjaka ili rotorskih guma koje rotiraju velikom brzinom. Promjenom položaja slojeva s različitim sadržajem vlakana povećavaju se otpornost materijala na smicanje, vibracije i zamor, otpornost na vodu i vremenske uvjete.

Gradijentno-strukturni kompoziti značajno proširuju mogućnosti PCM-a.

Gotovo sve "prirodne strukture" imaju takvu strukturu (debla i stabljike biljaka, zaštitne iglice biljaka i životinja, kljunovi i perje ptica i mnogi drugi primjeri). Očigledno je da u ovom pitanju postoji veliko zaostajanje za prirodom i postoji ogromna rezerva za poboljšanje karakteristika performansi umjetno stvorenih proizvoda.

"Inteligentni" kompoziti Krajem XX veka. pojavio se novi termin u nauci o materijalima - "intelektualac"

materijala. Prihvaćeni koncept "inteligentnog" materijala definira ga kao strukturni materijal sposoban za samodijagnozu i samoprilagođavanje. Ovi materijali treba da budu u stanju da prepoznaju nastalu situaciju (senzorna funkcija), analiziraju je i donesu odluku (funkcija procesora), kao i da pobude i izvrše neophodnu reakciju (izvršna funkcija).

Trenutno ne postoje kompoziti koji bi zadovoljili sve navedene zahtjeve. Međutim, ovi zadaci se mogu djelomično (korak po korak) riješiti, prije svega, zadaci stvaranja materijala koji informišu o njihovom stanju, o približavanju operativnih opterećenja maksimalno dozvoljenom, o pucanju, hemijskoj koroziji, upijanju vode itd. .

Glavni zahtjev za senzorske elemente takvih kompozita je osjetljivost na mehaničko naprezanje i sposobnost raspodjele po volumenu. Idealan senzor mora pretvoriti deformaciju u električne signale. U tom smislu obećavaju provodna vlakna koja se mogu ugraditi u kompozite tokom njihovog formiranja. To uključuje konstantan ili nikrom žicu, provodljiva ugljična ili borova vlakna, poliviniliden fluorid piezoelektrične filmove, itd.

Kontrola viskoelastičnih svojstava polimernih kompozita (detekcija grešaka) provodi se pomoću akustičkih metoda, fiksirajući odnos između brzine zvuka i koeficijenta njegove apsorpcije. Prilikom korištenja magneto-dielektričnih svojstava polimera za PCM dijagnostiku, preporučuje se dodavanje dispergiranih (koloidnih) čestica magnetskih i električno provodljivih materijala, uključujući ultrafine prahove željeza, bakra, nikla, ugljične nanočestice (fulerene i nanocijevi).

Princip rada izvršnih (adaptivnih) mehanizama je deformacija koja nastaje usled bilo kakvih pojava - zagrevanja, dovoda električnog signala itd. Za aktivaciju materijala najprihvatljiviji su piezoelektrični efekat, elektro- i magnetostrikcija, kao i efekat memorije oblika. Ovi mehanizmi osiguravaju pretvaranje električnog signala u aktiviranu deformaciju. Najveći efekat je primećen kod metala sa memorijom oblika. Legura titanijuma i nikla obezbeđuje do 2% deformacije. Drugi važan pokazatelj aktuatora je njegov modul elastičnosti, koji određuje mogućnost stvaranja datog naponsko-deformacijskog stanja. Obično je uporediv sa modulom elastičnosti osnovnog materijala.

Proces proizvodnje "pametnih" kompozita je u osnovi isti kao i za izradu proizvoda od osnovnog materijala. U tom slučaju potrebno je u materijal uvesti informacije i izvršne elemente, minimalno narušavajući njegovu strukturu. Takođe je potrebno obratiti pažnju na složenost mikromehaničkih procesa koji se dešavaju tokom očvršćavanja veziva.

„Inteligentni“ kompoziti su, naravno, materijal budućnosti, ali se već u inostranstvu (u SAD, Japanu, Velikoj Britaniji, Kanadi) intenzivno radi na stvaranju ovakvih materijala za savremenu tehnologiju, prvenstveno za avijaciju, raketa i svemir itd. itd., kao i za masovne medije. Primjeri dizajna koji koriste "pametne" materijale uključuju prednju ivicu krila aviona F-15, segmentni reflektor i aktuatore zakretne strukture za svemirske letjelice, avione sa smanjenom bukom i vibracijama. Njemačke kompanije koje proizvode moderne vjetrogeneratore prate stanje lopatica prečnika do 100 m i više. Optička vlakna smještena unutar materijala omogućavaju praćenje strukturalnog integriteta materijala i automatsko održavanje opterećenja koja djeluju na lopatice na optimalnom nivou. Kontrolira se i mogućnost raslojavanja materijala, na primjer, uslijed udara groma.

Ovisnost svojstava kompozitne plastike o interakciji komponenti Međusobni utjecaj komponenti u međufaznoj zoni određen je sastavom kompozicije i uvjetima njenog nastanka. U rijetkim slučajevima, moguće je uspostaviti funkcionalni odnos između mehaničkih performansi i interakcije.

Kada dimenzioniranje povećava čvrstoću prianjanja, postoji korelacija između čvrstoće prianjanja i zateznog napona loma.

Izbor rasporeda vlakana vrši se na osnovu podataka o raspodjeli polja sila i prirodi opterećenja.

Zaostala naprezanja u proizvodima izrađenim od kompozitnih materijala utječu na svojstva izvedbe. Zaostala naprezanja (mehanička, termička, skupljajuća, difuziona itd.) podrazumijevaju naprezanja koja su međusobno uravnotežena u zapremini proizvoda, nastala u njemu kao rezultat utjecaja vanjskih sila, toplinskih i drugih polja i postoje u proizvod nakon prestanka djelovanja polja i nestanka privremenog stresa. Privremena temperaturna, skupljanje, difuzijska naprezanja nestaju čim su temperatura, dubina očvršćavanja, stepen kristalnosti ili količina apsorbirane tvari isti u cijeloj zapremini materijala. Mehanička privremena naprezanja nestaju nakon prestanka djelovanja vanjskog polja.

Zaostala naprezanja nastaju u oblikovanom proizvodu samo kada maksimalna privremena naprezanja u nekom dijelu volumena proizvoda premašuju granicu tečenja materijala i u njemu se pojave nepovratne deformacije (plastične i visokoelastične) na uobičajenim temperaturama ili zbog nejednake stepena transformacije (očvršćavanja, kristalizacije) pojedine oblasti zapremine materijala dobijaju različita termoelastična svojstva. Razlika u termoelastičnim svojstvima polimerne matrice i punila također dovodi do pojave zaostalih naprezanja.

Proces oblikovanja se izvodi na povišenim temperaturama i pritiscima.

Posljedično nastaju temperaturni gradijenti, koji se dalje povećavaju, jer je očvršćavanje obično egzotermno.

Prilikom hlađenja u površinskim slojevima nastaju značajna toplinska naprezanja, što može dovesti do pojave dodatnih nepovratnih deformacija i uzrokovati povećanje zaostalih naprezanja u gotovim proizvodima.

Metoda određivanja zaostalog naprezanja. Metoda rastvarača.

Uzorak se tretira rastvaračem koji prodire u polimer i povećava napetost površinskog sloja. Kada površinski napon premaši napon lomljenja sloja koji bubri, u njemu će se pojaviti mreža malih pukotina. U ovom slučaju, lg = lgm + nlgres, gdje je mirovanje zaostalo naprezanje (kg/cm2), m i n su konstantne vrijednosti.

Napon na granici između veziva i punila.

Glavni razlog je skupljanje polimerne matrice tokom očvršćavanja i hlađenja, što se značajno razlikuje od temperaturnog skupljanja punila povezanog sa matricom adhezivnom vezom. Pritisak stvrdnute smole na punilo može se izračunati pomoću jednačine (1 2) TE 2 P =, (1 + 1) + (1 + 2) (E1 / E 2) gdje su 1 i 2 koeficijenti termičke ekspanzije, T je razlika između temperatura očvršćavanja i hlađenja, 1 i 2 - Poissonovi omjeri, E1 i E2 - moduli deformacije (1 - vezivo, 2 - punilo).

Ako naprezanja u materijalu nisu simetrična, mogu uzrokovati izobličenje oblika.

TEMA 2. NEZASIĆENE POLIESTERSKE SMOLE

Nezasićeni oligoesteri su oligomerni estri dobijeni upotrebom nezasićenih monomera koji sadrže vinilnu grupu. Takvi oligomeri se široko koriste u proizvodnji ojačane plastike i drugih kompozitnih materijala. U ovom slučaju se koriste dvije vrste nezasićenih oligoestera: oligoester maleinati i oligoester akrilati.

Ideju o kombinaciji reaktivnih polimera i monomera predložio je K. Ellis 1930-ih, koji je otkrio da se nezasićene poliesterske smole dobivene reakcijom glikola s maleinskim anhidridom stvrdnjavaju u netopivi čvrsti materijal kada se doda peroksidni inicijator. Ellis je patentirao ovo otkriće 1936. godine.

Oligoester maleinati se dobijaju reakcijom anhidrida maleinske kiseline sa dihidričnim alkoholima (etilen glikol, dietilen glikol, 1,2-propilen glikol), dok druge dikarboksilne kiseline (adipin, izoftalni ftalni anhidrid itd.). Treba napomenuti da tokom sinteze oligomera, koja se provodi pri zagrijavanju od 50 do 230 °C, dolazi do djelomične ili gotovo potpune izomerizacije maleatnih jedinica u fumarat: fumaratne dvostruke veze su 20-60 puta aktivnije od maleatnih u sušenju. reakcije i doprinose proizvodnji očvrslog polimera visokog kvaliteta.

Ellis je kasnije otkrio da se vrijedniji proizvodi mogu dobiti reakcijom nezasićene poliester alkidne smole s monomerima kao što su vinil acetat ili stiren. Dodatak monomera značajno smanjuje viskozitet smole, što olakšava dodavanje inicijatora u sistem i omogućava snažniji i potpuniji proces očvršćavanja. U ovom slučaju, polimerizacija mješavine je brža od polimerizacije svake komponente posebno.

Budući da se očvršćavanje odvija po radikalnom mehanizmu, tokom sušenja se u smjesu uvode inicijatori koji služe kao izvor slobodnih radikala i pokreću lančanu reakciju polimerizacije. Slobodni radikali mogu nastati iz peroksida ili drugih nestabilnih spojeva kao što je azoedinin. Da bi se povećala brzina njihovog razlaganja, u sastav se dodatno uvode aktivatori (promotori).Tipični inicijatori stvrdnjavanja su benzoil hieroksid i kumen hidroperoksid kiseline. Konaftenat se obično koristi za stvrdnjavanje polimeinatnih veziva stirena na 20 - 60°C. Na 80 - 160 ° C - benzoil i dikumil peroksid.

Kiseonik je inhibitor. Stoga se uvode voštane supstance. Imajući nisku tačku omekšavanja i kao surfaktant, pokrivaju površinu veziva i štite je od kiseonika.

Ponekad, da bi se povećala otpornost na vatru, u polimaleinatna veziva se uvode usporivači požara: Sb2O3, organska jedinjenja koja sadrže klor i fosfor.

Poliesterske kompozicije bez stirena dobijaju se zamenom stirena sa manje isparljivim (stiren je isparljiv i toksičan) monomerima kao što su divinilbenzen, viniltoluen, dialil ftalat.

Umjesto stirena, kao aktivni razrjeđivač uspješno se koristi trietilenglikol dimetakrilat (TGM-3):

Na sobnoj temperaturi, tekuće smole su stabilne mnogo mjeseci ili čak godina, ali uz dodatak inicijatora peroksida, stvrdnu se za nekoliko minuta. Stvrdnjavanje nastaje kao rezultat "reakcije adicije i transformacije dvostrukih veza u jednostavne; ovo ne stvara nikakve nusproizvode. Stiren se najčešće koristi kao adicijski monomer. Interagira s reaktivnim dvostrukim vezama polimernih lanaca, spajajući ih zajedno u snažnu trodimenzionalnu strukturu. Reakcija stvrdnjavanja odvija se oslobađanjem topline, što zauzvrat doprinosi potpunijem toku procesa. Utvrđeno je da obično oko 90% dvostrukih veza u polimeru reagira kada se smola očvrsne.

Oligoester akrilati se dobijaju polikondenzacijom polihidričnih alkohola, zasićenih alifatskih dikarboksilnih kiselina i nezasićenih alifatskih kiselina akrilne serije. Za sintezu ovih oligomera obično se koriste dihidrični alkoholi (glikoli). Oligoester akrilati su tekuće ili nisko topljive tvari molekulske težine 300-5000. Polimerizirajući se u prisustvu inicijatora radikalne polimerizacije, transformiraju se u netopive i nerastvorljive polimere trodimenzionalne strukture, koji su, ovisno o kemijskoj strukturi početnog oligomera, čvrsti staklasti ili elastični materijali. Oligoester akrilati su sposobni za kopolimerizaciju sa različitim monomerima (stiren, metil metakrilat, itd.), kao i sa poliester maleinatima.

Oligo eter akrilati imaju definitivnu prednost u odnosu na oligoeter maleinate: sposobni su za homopolimerizaciju, što omogućava pripremu lakova i drugih sastava na njihovoj osnovi bez upotrebe visoko hlapljivih i toksičnih nezasićenih monomera.

U struci, oligoester akrilati se stvrdnjavaju radikalnom polimerizacijom ili kopolimerizacijom; volumetrijsko skupljanje tokom sušenja je 4-10%.

Stvrdnjavanje na 50-120°C (vruće stvrdnjavanje) inicira se peroksidima benzoila, dikumila itd. Za sušenje na sobnoj temperaturi (hladno očvršćavanje) koriste se binarni sistemi (na primjer, benzoil peroksid + dimetilanilin; kumen hidroperoksid + naftenat ili kobalt linoleat).

Očvršćavanje oligoester akrilata također može biti pokrenuto svjetlošću, visokoenergetskim zračenjem (γ-zraci, brzi elektroni) i katalizatorima jonske polimerizacije.

Epoksi akrilatni oligomeri se mogu smatrati vrstom oligoester akrilata. Dobiva se interakcijom oligomera koji sadrže terminalne epoksi grupe sa metakrilnom ili akrilnom kiselinom.

Prepolimeri estera alil alkohola dobijaju se polimerizacijom estera alil alkohola i ftalne ili izoftalne kiseline. Manje često korišteni dialil maleinat, dietilen glikol bis-alil karbonat ili trialil cijanurat.

Polimerizacija se izvodi u monomernom mediju, taloženjem prepolimera metanolom, ili u tankom sloju monomera uz destilaciju njegovog viška u datoj fazi reakcije u vakuumu.

Reakcija se zaustavlja prije početka geliranja, tj. prije konverzije 25% svih dvostrukih veza u monomeru. Molekularna težina 6000, temperatura omekšavanja ~ 60°C.

Predpolimeri imaju dug vek trajanja u normalnim uslovima. i visoku stopu očvršćavanja na 135-160°C u prisustvu dikumil peroksida ili terc-butil perbenzoata. Prepolimeri se češće koriste u proizvodnji preprega i premiksa koji imaju niži viskozitet i pune forme pri niskom pritisku.

Poliesterske smole se koriste u širokom spektru proizvoda, uključujući čamce, građevinske ploče, dijelove automobila i aviona, štapove za pecanje i palice za golf. Oko 80% poliesterskih smola proizvedenih u SAD koristi se s punilima za ojačavanje, uglavnom staklenim vlaknima.

Neojačane poliesterske smole koriste se u proizvodnji dugmadi, namještaja, umjetnog mramora i kitova za tijelo.

Za razliku od većine drugih plastičnih masa, koje se sastoje od jednog sastojka, poliesterske smole često sadrže više komponenti (smolu, inicijator, punilo i aktivator). Hemijska priroda i omjer komponenti mogu se mijenjati, što omogućava dobivanje velikog broja različitih vrsta poliesterskih smola.

Maleinski anhidrid se koristi kao izvor reaktivnih dvostrukih veza za veliki broj nezasićenih poliesterskih smola. Kada je u interakciji s glikolima (obično se koristi propilen glikol), nastaju linearni poliesterski lanci molekulske težine 1000 ... 3000. Uprkos nižoj cijeni etilen glikola u odnosu na cijenu propilen glikola, prvi se koristi samo za nabavite nekoliko specijalnih smola. To je zbog loše kompatibilnosti poliestera na bazi etilen glikola sa stirenom. U procesu esterifikacije, cis-konfiguracija anhidrida maleinske kiseline pretvara se u fumarnu transstrukturu. Ovo se pokazalo korisnim u vezi sa većom reaktivnošću dvostrukih veza fumarnog dijela u reakciji sa stirenom. Stoga je visok stepen izomerizacije u trans strukturu važan faktor u pripremi reaktivnih poliesterskih smola. Uprkos visokom stepenu izomerizacije maleinskog anhidrida, koji dostiže više od 90%, skuplja fumarna kiselina koristi se za dobijanje poliesterskih smola sa povećanom reaktivnošću.

Druge biaksijalne kiseline ili anhidridi, kao što su adipinska i izoftalna kiselina ili ftalni anhidrid, često se dodaju baznom reagensu kako bi se modificirala konačna svojstva smole i kontrolirao broj dvostrukih veza.

Tipična struktura poliesterske smole prikazana je ispod (gdje je R alkil ili aril grupa modificirajuće dikiseline ili anhidrida):

O O SN3 O O SN3 II II I II.11 I N [O-S-R-S-O-SN-SN2-O-S-SN = SN-S-O-SN-CH2] nOH Zbog različitih svojstava i jeftine poliesterske smole se široko koriste za različite proizvode.

Vrste nezasićenih poliesterskih smola Širok spektar svojstava poliesterskih smola čini ih pogodnim za upotrebu u različitim aplikacijama. Ispod su kratke karakteristike sedam specifičnih tipova nezasićenih poliesterskih smola.

- & nbsp– & nbsp–

Ova vrsta poliesterske smole priprema se esterifikacijom propilen glikola sa mješavinom ftalnih i maleinskih anhidrida. Omjer ftalnih i maleinskih anhidrida može se kretati od 2:1 do 1:2. Dobivena poliester alkidna smola se miješa sa stirenom u omjeru 2:1. Smole ove vrste imaju široku primjenu: koriste se za izradu paleta, čamaca, dijelova za tuševe, regala, bazena i rezervoara za vodu.

2. Elastična poliesterska smola

Ako se umjesto ftalnog anhidrida koriste linearne dvobazne kiseline (na primjer, adipinska ili sebacinska), nastaje mnogo elastičnija i mekša nezasićena poliesterska smola. Dietilen ili dipropilen glikoli koji se koriste umjesto propilen glikola također daju smoli elastičnost.

Dodavanje ovakvih poliesterskih smola čvrstim smolama opšte namene smanjuje lomljivost i pojednostavljuje obradu. Elastične smole se također mogu dobiti zamjenom dijela ftalnog anhidrida monobaznim kiselinama talovog ulja, koje stvaraju fleksibilne grupe na krajevima polimernih lanaca. Takve smole se često koriste za dekorativno oblikovanje u industriji namještaja i u proizvodnji okvira za slike. Da bi se to postiglo, celulozna punila (na primjer, zdrobljene ljuske oraha) se unose u elastične smole i oblikuju u kalupe od silikonske gume. Odlična reprodukcija rezbarija može se postići korištenjem kalupa od silikonske gume izlivenih direktno iz originalne rezbarije.

3. Otporne poliesterske smole Ova vrsta poliesterskih smola je srednja između krutih smola opšte namjene i elastičnih smola. Koriste se za izradu proizvoda koji su otporni na udarce, kao što su lopte za igru, zaštitne kacige, ograde, dijelovi automobila i aviona. Za dobivanje takvih smola umjesto anhidrida ftalne kiseline koristi se izoftalna kiselina. Prvo, reakcijom izoftalne kiseline sa glikolom, dobija se poliesterska smola niskog kiselinskog broja. Zatim se dodaje anhidrid maleinske kiseline i nastavlja se esterifikacija. Kao rezultat, dobivaju se poliesterski lanci s dominantnim rasporedom nezasićenih fragmenata na krajevima molekula ili između blokova koji se sastoje od glikol-izoftalnog polimera. U ovoj vrsti esterifikacije, ftalni anhidrid je mnogo manje efikasan od izoftalne kiseline, jer rezultirajući monoester ftalne kiseline teži da se ponovo pretvori u anhidrid na onim visokim temperaturama koje se koriste za dobijanje poliesterskih smola visoke molekularne težine.

4. Poliesterske smole niskog skupljanja

Kada se poliester ojačan staklenim vlaknima oblikuje, razlika u skupljanju između smole i stakloplastike rezultira udubljenjima na površini proizvoda. Upotreba poliesterskih smola niskog skupljanja ublažava ovaj efekat, a tako dobijeni liveni proizvodi ne zahtevaju dodatno brušenje pre farbanja, što je prednost u proizvodnji delova za automobile i kućne aparate.

Poliesterske smole malog skupljanja uključuju termoplastične komponente (polistiren ili polimetil metakrilat) koje se samo djelomično otapaju u originalnom sastavu. Tokom stvrdnjavanja, praćenog promjenom faznog stanja sistema, formiraju se mikropraznine koje kompenziraju uobičajeno skupljanje polimerne smole.

5. Poliesterska smola, otporna na vremenske prilike

Ova vrsta poliesterskih smola ne bi smjela požutjeti kada je izložena sunčevoj svjetlosti, zbog čega se u njen sastav uvode apsorberi ultraljubičastog (UV) zračenja. Stiren se može zamijeniti metil metakrilatom, ali samo djelomično, jer metil metakrilat slabo komunicira s dvostrukim vezama fumarne kiseline, koja je dio poliesterske smole. Smole ove vrste koriste se u proizvodnji obloga, vanjskih panela i krovnih prozora.

6. Hemijski otporne poliesterske smole Esterske grupe se lako hidroliziraju alkalijama, zbog čega je nestabilnost poliesterskih smola na alkalije njihov osnovni nedostatak.

Povećanje ugljičnog skeleta polaznog glikola dovodi do smanjenja udjela eterskih veza u smoli. Dakle, smole koje sadrže "bisglikol" (proizvod interakcije bisfenola A sa propilen oksidom) ili hidrogenizovani bisfenol A imaju znatno manje esterskih veza od odgovarajuće smole opšte namene. Takve smole se koriste u proizvodnji dijelova za hemijsku opremu: izduvne haube ili ormare, posude i rezervoare hemijskih reaktora, kao i cjevovode.

7. Poliesterske smole otporne na plamen

Lajsne i laminati od poliesterske smole ojačane staklenim vlaknima su zapaljivi, ali imaju relativno nisku brzinu gorenja. Povećanje otpornosti smole na paljenje i izgaranje postiže se upotrebom umjesto ftalnog anhidrida halogeniranih dikiselina kao što su tetrafluoroftalna, tetrabromoftalna i "klorendična" (proizvod dodavanja heksaklorociklopentadiena maleinskom anhidridu, također poznat kao chaet kiselina). Može se koristiti i dibromneopentil glikol.

Dalje povećanje otpornosti na vatru postiže se uvođenjem različitih inhibitora sagorevanja u smolu, kao što su esteri fosforne kiseline i antimon oksid. Poliesterske smole otporne na vatru koriste se u dimovodnim napama, električnim dijelovima, građevinskim pločama i trupovima nekih vrsta pomorskih plovila.

Opisanih sedam vrsta nezasićenih poliesterskih smola najčešće se koriste u industriji. Međutim, postoje i smole za posebne namjene. Na primjer, upotreba trialil izocijanurata umjesto stirena značajno poboljšava otpornost smola na toplinu. Zamjenom stirena sa manje isparljivim dialil ftalatom ili vinil toluenom, gubici monomera tokom obrade poliesterske smole mogu se smanjiti. Posebne smole se mogu dobiti očvršćavanjem UV zračenjem, za koje se u njih uvode fotoosjetljivi agensi kao što je benzoin ili njegovi eteri.

Proizvodnja nezasićenih poliesterskih smola Tipično, šaržni procesi se koriste za proizvodnju nezasićenih poliesterskih smola. To je zbog raznolikosti sirovina potrebnih za proizvodnju različitih smola, budući da periodičnost procesa omogućava brz i lak prijelaz na proizvodnju drugih smola. Kontinuirani procesi se obično koriste za proizvodnju smola opće namjene velikih razmjera.

Preferirani materijal konstrukcije za proizvodnju opreme je čelik otporan na koroziju zbog svoje kemijske otpornosti na polimerne smole i druge reagense koji se koriste u proizvodnji poliesterskih smola.

Budući da ioni željeza i bakra inhibiraju polimerizaciju poliesterskih smola slobodnih radikala, ovi materijali se ne koriste za izradu reaktora. Reaktori obloženi staklom su poželjniji kada se koriste materijali koji sadrže halogene kao sirovine.

Tipično, glikol se puni u reaktor, a zatim se dodaju ftalni i maleinski anhidridi. Obično se 5-10% viška glikola koristi za kompenzaciju gubitaka uzrokovanih isparavanjem i nuspojavama. Prije miješanja i zagrijavanja, zrak u reaktoru se istiskuje inertnim plinom. Prva faza reakcije - formiranje "poluestera" - odvija se spontano na relativno niskoj temperaturi, nakon čega se reakciona masa zagrijava da se završi formiranje estera. Brzina protoka inertnog plina kroz reaktor može se povećati kako bi se voda iz kondenzacijske reakcije oddestilirala. Za potpunije uklanjanje vode iz glikola koji se vraća u reaktor, često se koristi izmjenjivač topline zagrijane parom.

Tokom posljednje faze esterifikacije, temperatura reakcione smjese raste na 190 - 220 °C. Viša temperatura pogoduje izomerizaciji maleata u fumarate, ali u isto vrijeme uzrokuje nuspojave na dvostrukim vezama. Postoji optimalna temperatura pri kojoj udio fumarata dostiže svoj maksimum. Za smole opće namjene to se događa na 210 ° C.

Za kontrolu stepena esterifikacije određuju se kiselost i viskoznost reakcione mase, a po dostizanju potrebnih vrednosti poliester se pumpa u završni reaktor.

Ovaj reaktor već sadrži potrebnu količinu stirena, a poliesterska alkidna smola se otapa u njemu kako stigne. Kako bi se isključili bilo kakvi procesi polimerizacije koji se mogu javiti u kontaktu vruće alkidne smole sa stirenom, u ovoj fazi reakcijskoj masi se može dodatno dodati inhibitor. Ponekad, da bi se održala potrebna temperatura, reakciona masa se mora ohladiti. Nakon završetka procesa provjerava se usklađenost svojstava reakcione smjese sa tehničkim zahtjevima. Kompletan proizvodni ciklus traje 10 - 20 sati.Opisani način proizvodnje poliesterskih smola često se provodi kao proces topljenja. Talina reagensa se zagrijava dok konverzija ne dostigne traženi nivo. Druga metoda koristi malu količinu rastvarača (toluen ili ksilen) za uklanjanje vode koja se oslobađa tokom esterifikacije kao azeotropne smjese.

Rastvarač nije više od 8% ukupne reakcione mase; odvaja se od vode dekantacijom i vraća u reaktor. Nakon završetka procesa esterifikacije, preostali rastvarač se destiluje iz reakcione smeše, prvo na atmosferskom pritisku, a zatim, da bi se potpuno uklonio, pod vakuumom. Tokom esterifikacije mogu se javiti neke nuspojave. Na primjer, može doći do vezivanja hidroksilne grupe glikola na dvostruku vezu maleinske ili fumarne skupine kako bi se formirao razgranati polimer. Utvrđeno je da se oko 10 - 15% dvostrukih veza nezasićenog polimera troši na nuspojave.

Najjednostavniji kontinuirani proces za proizvodnju nezasićenih poliesterskih smola je reakcija mješavine maleinskih i ftalnih anhidrida s propilen oksidom.

Za pokretanje ove lančane reakcije potrebna je mala količina glikola. Budući da se reakcija interakcije anhidrida sa epoksi grupama odvija na relativno niskim temperaturama, dvostruke veze maleata nisu izomerizirane u aktivniju trans konfiguraciju. Da bi se izvršila ova izomerizacija, neophodna za dalju interakciju sa stirenom, nastali polimer mora biti podvrgnut dodatnom zagrijavanju.

Kontinuirana proizvodnja poliesterske smole od anhidrida i glikola se također može izvesti u nizu grijanih reaktora sa miješanim rezervoarom, pumpajući smolu uzastopno kroz reaktore s različitim temperaturnim uvjetima.

Stvrdnjavanje nezasićenih poliesterskih smola Nezasićene poliesterske smole očvršćavaju se dodatkom inicijatora koji služe kao izvor slobodnih radikala i pokreću lančanu reakciju polimerizacije.

Slobodni radikali se mogu formirati iz peroksida ili drugih nestabilnih spojeva kao što su azo jedinjenja. Ovi spojevi se mogu podijeliti na radikalne fragmente kada se zagriju ili izlože ultraljubičastom ili drugom visokoenergetskom zračenju. Tipično, poliesterska smola sadrži inhibitor koji je u suštini hvatač slobodnih radikala. Reakcija polimerizacije sa uvođenjem inicijatora počinje tek nakon što je prevladano djelovanje inhibitora. Ovaj period indukcije omogućava mehaničko miješanje smole koja sadrži inicijator sa sredstvom za pojačanje i postavljanje u kalup potreban za očvršćavanje prije početka reakcije polimerizacije. Hidrokinon i njegovi derivati ​​i kvaternarni amonijum halogenidi su dobri inhibitori polimerizacije.

Većina inicijatora peroksida, kada se unese u polimernu masu, razgrađuje se relativno sporo. Aktivatori (promotori) se koriste za povećanje brzine njihove razgradnje. U stvari, aktivatori su katalizatori za inicijatore.

I inicijator i aktivator su reaktivna jedinjenja, čija je nasilna interakcija praćena paljenjem ili čak eksplozijom. Ova jedinjenja treba posebno dodati smoli, pazeći da se prva potpuno otopi prije dodavanja druge. Mnoge smole sadrže prethodno dodan aktivator.

Ponašanje očvršćavanja poliesterske smole određeno je odnosom efekata inhibitora, inicijatora i aktivatora.

Supstituenti na atomu ugljenika etilena mogu imati dva efekta na reaktivnost dvostruke veze. Prostorni utjecaj nastaje zbog činjenice da glomazne grupe štite dvostruku vezu i smanjuju sposobnost druge reaktivne grupe da zauzme povoljan položaj za napad, čime se smanjuje reaktivnost cijelog spoja. Polaritet je određen sposobnošću supstituentske grupe da privuče ili donira elektrone. Grupe koje doniraju elektrone (npr. metil, fenil i halogen) čine dvostruku vezu elektronegativnom. Upravo se to njihovo djelovanje očituje u stirenu, viniltoluenu i kloriranom stirenu.

Grupe koje povlače elektrone (kao što su vinil ili karbonil) čine dvostruku vezu elektropozitivnom. To se događa u fragmentima fumarne kiseline u lancima poliesterske smole. Suprotan polaritet dvostruke veze u stirenu i u fumarnim fragmentima alkidne smole pospješuje njihovu interakciju i stvrdnjavanje poliesterskih smola. Monomerni stiren, koji je pokretljiviji od dugih polimernih lanaca nezasićenog poliestera, može se homopolimerizirati. Eksperimentalno je utvrđeno da je molarni omjer stirena i dvostrukih veza poliestera 2:1 optimalan.

Inicijatori i aktivatori

Postoji širok izbor inicijator-inhibitor-aktivator sistema dostupnih za upotrebu u proizvodnji poliesterskih smola. Na primjer, smola opće namjene inhibirana hidrohinonom može vrlo brzo očvrsnuti kada se aktivni peroksidni inicijator kao što je metil etil keton peroksid koristi u kombinaciji s aktivatorom kao što je naftenat ili kobalt oktoat. U drugom slučaju, mnogo stabilniji inicijator, terc-butil perbenzoat, uvodi se za očvršćavanje poliesterske smole. Ovo omogućava da se poliesterska kompozicija napuni kalcijum karbonatom i mljevenim staklenim vlaknima. Takva masa koja sadrži inicijator i oblikovana je stabilna na sobnoj temperaturi mjesecima, ali se može očvrsnuti u roku od jedne minute vrućim presovanjem na 140 do 160 °C.

Odabir odgovarajućeg inicijatora i njegove količine ovisi o vrsti smole i temperaturi njenog očvršćavanja, o potrebnom vremenu za cijeli proces i o vremenu geliranja. Kako nijedan od dostupnih inicijatora obično sam po sebi ne zadovoljava sve potrebne zahtjeve, za postizanje najboljih rezultata koriste se različite kombinacije inicijatora i inicijatora sa aktivatorima.

Prilikom termičkog očvršćavanja poliesterskih smola, najčešće korišćeni inicijator je benzoil peroksid (BP), koji je izuzetno efikasan i lak za upotrebu. Lako je rastvorljiv u stirenu, može se dugo čuvati bez gubitka aktivnosti, stabilan je na sobnoj temperaturi i lako se raspada na povišenim temperaturama. Osim toga, BP uzrokuje visoku egzotermnu temperaturu, što pospješuje potpuno stvrdnjavanje smole. Količina BP unesenog u smolu kreće se od 0,5 do 2%, ovisno o vrsti smole i korištenom monomeru. Kada se koristi BP u obliku paste (obično pomiješan sa 50% trikrezil fosfata), količina unesenog inicijatora se neznatno povećava (~ 1 - 3%).

Ponekad je poželjno (ili čak neophodno) očvršćavanje smole od početka do kraja na niskim temperaturama kako bi se toplota koja se oslobađa tokom polimerizacije raspršila. Ovo je posebno važno kod laminata u mokrom obliku gdje je grijanje teško koristiti. U takvim slučajevima, metil etil keton peroksid (MEK) se obično koristi kao inicijator. Iako upotreba PMEC-a ne očvršćava u potpunosti smolu na sobnoj temperaturi, dodavanje aktivatora .. (npr. kobalt naftenata) dovodi do geliranja i skoro potpunog očvršćavanja smole u kratkom vremenskom periodu.

TEMA 3. SMOLE NA BAZI KOMPLEKSNIH DIESTARA

VINIL UGLJENE KISELINE

Smole na bazi kompleksnih diestera vinil karboksilnih kiselina (DVA) su termoreaktivni polimeri, čiji je glavni lanac esterifikovan na terminalnim hidroksilnim grupama ostatkom, R, akrilom (I: R = H) ili metakrilom (II: R = CH3 ) kiselina: -OC- C - R = CH2. Glavni lanac makromolekula ovih smola čine epoksidni, poliesterski, poliuretanski ili drugi segmenti, a na bazi epoksidnih smola dobijaju se praktično vredni materijali.

Iako su različite DCA dobijene u laboratorijskim količinama od kasnih 1950-ih, komercijalnu proizvodnju ovih smola je pokrenula tek 1965. Shell Chemical pod zaštitnim znakom "epokrilne smole". Ove smole su identifikovane kao epoksi metakrilati i imale su odličnu hemijsku otpornost, superiornu u odnosu na najbolje (u to vreme) poliesterske smole.

Godine 1966. Dau Chemical je izbacio smolu Derakan, koja je diester vinil karboksilnih kiselina, i niz sličnih smola namijenjenih za premaze. 1977. godine firme "Interplastic" i "Reichhold Chemical" počele su proizvodnju DVK-a pod nazivima "Koretsin" i "Corrolit"

respektivno.

Karakteristike smole

Smole se mogu koristiti ili čiste (tj. bez razrjeđivača) ili pomiješane s drugim sastojcima. U potonjem slučaju, smola može sadržavati reaktivni komonomer koji sadrži vinil (stiren, vinil toluen, tri-metilolpropan triakrilat) ili nereaktivni "razrjeđivač" (metil etil keton, toluen). Tipično, smole estra metakrilne kiseline sadrže stiren i koriste se u proizvodnji hemijski otporne plastike ojačane staklenim vlaknima (GRP). Smole - derivati ​​- akrilne kiseline se isporučuju nerazrijeđene, a odgovarajući ko-reagensi se dodaju direktno u pripremu UV-otvrdljivih premaza i tiskarskih boja.

Fizička svojstva i primjena DCA ovise o vrsti krajnjih grupa (metakrilna ili akrilna), o količini i vrsti koagensa, kao i o prirodi i molekularnoj težini blokova koji čine glavni lanac makromolekula smole. Kao rezultat očvršćavanja, DVKM-II koji sadrži stiren dobija visoku otpornost na kiseline, baze i rastvarače. Derivati ​​akrilne kiseline su osjetljiviji na hidrolizu od derivata metakrilne kiseline i stoga se obično ne koriste u proizvodnji kemijski otpornih materijala. Zbog njihove visoke reaktivnosti, ove smole se po mogućnosti očvršćavaju zračenjem.

Nerazrijeđeni DCA su čvrste ili voštane supstance. Stoga, da bi se obezbijedio viskozitet potreban za obradu i da bi se povećala njihova reaktivnost, u sastav se unose i reaktivni i inertni razblaživači.

Glavni dio DVA makromolekula čine epoksi oligomerni blokovi različite molekularne težine. Što je veća molekularna težina takvih blokova, veća je čvrstoća i elastičnost smole, ali je niža otpornost na toplinu i otpornost na otapala.

U poređenju sa složenim poliesterima, DVK se odlikuju nižim sadržajem estarskih grupa i vinilnih fragmenata. To dovodi do povećanja otpornosti ovih smola na hidrolizu, kao i do smanjenja temperature vršne egzoterme. Skupljanje smole tokom sušenja je smanjeno. Kao i poliester, DVA ima ograničen rok trajanja, što je osigurano uvođenjem inhibitora polimerizacije (zamke slobodnih radikala) tokom procesa proizvodnje smole.

Proizvodnja smole

DCA se dobija interakcijom metakrilne ili akrilne kiseline sa oligomernom epoksidnom smolom. Dodavanje kiseline epoksidu (esterifikacija) je egzotermno. Kao rezultat ove reakcije, na oligomernom bloku se formiraju slobodne hidroksilne grupe, ali ne dolazi do stvaranja nusproizvoda (kao, na primjer, kod poliesterifikacije, kada se formira voda). Nakon završetka reakcije ili tokom njenog toka, u reakcionu smjesu se dodaju odgovarajući razblaživači ili inhibitori polimerizacije.

Epoksidne smole, koje se koriste za proizvodnju DVA, mogu se bazirati na bisfenolu A (u ovom slučaju se dobija DVA opšte namene i otporan na toplotu), na fragmentima fenol-novolaka (DVK otporan na toplotu), kao i na na tetrabromskom derivatu bisfenola A (DVK otporan na vatru). Prilikom pripreme DCA sa akrilnim grupama na krajevima, obično se kao polimer glavnog lanca koriste oligomerni epoksidni blokovi na bazi bisfenola A.

Stvrdnjavanje

DVK, kao i nezasićene poliesterske smole, sadrže dvostruke veze, koje, kada se stvrdne, reaguju da formiraju međumolekularne poprečne veze. Ovaj proces se odvija u prisustvu slobodnih radikala, koji nastaju kao rezultat hemijskih, termičkih ili radijacionih transformacija. Proces očvršćavanja slobodnim radikalima uključuje faze inicijacije (period indukcije), rasta i prekida lanca. Inicijacija je faza koja ograničava brzinu procesa tokom koje inicijator potiskuje djelovanje inhibitora polimerizacije. To dovodi do pojave reakcije duž dvostrukih veza vinil etera, koji je dio makromolekula, i njegovog koagensa.

Kalupovanje Poluproizvodi (prepregi) na bazi DVK-a za livenje na veliko ili za limove od plastike koriste se za direktno presovanje fitinga za cevi, kućišta kućnih aparata, impelera, pumpi i auto delova. Tipično, ovi prepregi sadrže približno jednake masene procente smole, drobljenih staklenih vlakana i punila. Oni također uključuju: "skriveni" inicijator, pigmente, sredstvo za oslobađanje i zgušnjivače.

TEMA 4. POLIBUTADIENSKA SMOLA

Polibutadienske smole su ugljikovodične termoreaktivne smole visoke molekularne težine. Imaju odlična električna svojstva, značajnu hemijsku otpornost, prilično visoku termičku stabilnost, nisku apsorpciju vlage i lako se stvrdnjavaju u prisustvu inicijatora peroksida. Mogu se koristiti za obradu direktnim i injekcijskim prešanjem, brizganjem, mokrom polaganjem u kalup za laminate i preprege. Zbog činjenice da postoji mnogo derivata polibutadiena, opseg ovih polimera je širok: koriste se kao modifikatori drugih smola, za proizvodnju premaza, ljepila i elektroizolacijskih masa za zalivanje.

Polibutadienske smole su napravljene oko 1955. godine i korišćene u jedinjenjima tipa Bud u laboratorijama Injey. Smola koja je korištena u ovim spojevima sastojala se od velike količine tekućeg 1,2-polibutadiena, nekih stiren butadien kopolimera i adukta ove dvije smole. Od tada slične proizvode proizvode Richardson i Lithium. Godine 1968. pod robnom markom Gistil počeli su proizvoditi polibutadien s visokim sadržajem dvostrukih veza i malom količinom izocijanatnih grupa na krajevima makromolekula. U njega je unesena određena količina inicijatora peroksida.

Sada ovu smolu proizvode firme "Dianachem" i "Nippon Souda" pod trgovačkim nazivom "Nisso-RV". Ova smola je tečni ataktički polibutadien molekulske težine 1000-4000, od kojih se oko 90% dvostrukih veza nalazi u bočnim lancima (vinilne grupe).

Postoje tri vrste ove smole:

tip B ne sadrži terminalne funkcionalne grupe; tip G sadrži hidroksilne grupe i tip C - karboksilne grupe na oba kraja makromolekula. Druge polibutadienske smole sada se prodaju pod imenom Rickon od strane Colorado Chemicals. Dienit smole su mješavina 1,2- i 1,4-polibuta-dnena (Dienite PD-702, PD-503) ili mješavine sa monomerima-ko-reagensima kao što je vinil toluen (PM-520, PM-503) ili stiren butadien oligomer (PDPD-753).

Komercijalne vrste polibutadienskih smola obično su mješavina 1,2- i 1,4-polibutadiena niske molekularne težine. Ovi izomeri se razlikuju po položaju reakcionog centra uključenog u polimerizaciju. 1,2-polibutadien, kod kojeg se dvostruke veze nalaze u bočnim lancima, reaktivniji je od 1,4-polimera, gdje su dvostruke veze u glavnom lancu. Stoga se smole s visokim sadržajem 1,2-polibutadiena stvrdnjavaju brže i lakše, a smole sa značajnim udjelom 1,4-polimera obično se koriste za dobivanje visoko elastičnih materijala.

Da bi se 1,2-polibutadienska (PBB) smola lakše prerađivala u kompozitne materijale, treba je dobiti s velikom molekulskom težinom i uskom distribucijom molekulske mase (MW). Kako bi se povećala reaktivnost smole tijekom različitih kemijskih transformacija, terminalne funkcionalne grupe (na primjer, hidroksil, karboksil ili izocijanat) se uvode u njene makromolekule i pripremaju se mješavine koje sadrže polibutadien i reaktivne monomere kao što su stiren i vinil toluen. Terminalne hidroksilne grupe dozvoljavaju reakcije sa poliuretanima, a karboksilne grupe sa epoksi grupama. PBB-ovi koji sadrže krajnje grupe izocijanata koriste se prvenstveno za pripremu električnih izolacijskih smjesa za zalivanje.

Sa visokim sadržajem vinilnih grupa (preko 85%), polibutadienske smole se lako stvrdnjavaju u prisustvu peroksidnih inicijatora. Reaktivne terminalne funkcionalne grupe omogućavaju povećanje molekularne težine smole čak i prije očvršćavanja. Povećanje MW dovodi do smanjenja tečljivosti smole prije umrežavanja, što uzrokuje želatinizaciju i pojavu krutih polimernih struktura.

Kao rezultat, postiže se i povoljnije tehnološko vrijeme za obradu smole u reaktoru. Faza rasta lanca može se kontrolisati (tokom vremena) kako bi se dobili polimeri različitih svojstava: od visoko viskoznih tečnosti do čvrstih materija sa visokim MW. Sposobnost rasta lanca je osnova za široku upotrebu polibutadienskih smola u pripremi presa, premaza, ljepila, električnih izolacijskih masa za posude i termoreaktivnih laminata. Dolje navedeni derivati ​​polibutadiena mogu se koristiti i kao modifikatori za druge smole i u proizvodnji specijalne laminirane plastike.

- & nbsp– & nbsp–

Stvrdnjavanje smolom Sličnost procesa stvrdnjavanja polibutadienskih smola sa očvršćavanjem dobro poznatih poliesterskih polimera korištenjem peroksidnih inicijatora čini ih izuzetno korisnim za kompozitnu tehnologiju.

Polimerno očvršćavanje prolazi kroz tri faze: niskotemperaturno geliranje, visokotemperaturno očvršćavanje i termička ciklizacija. Na niskim temperaturama dolazi do povećanja molekularne težine i viskoziteta smole.

To može uzrokovati geliranje i početak očvršćavanja. Stvrdnjavanje na visokoj temperaturi počinje na 121°C, s prevalentnošću reakcija na dvostrukim vezama vinilnih grupa. U ovoj fazi procesa formiraju se čvrsti proizvodi. Termička ciklizacija počinje na temperaturi od ~ 232 °C, a preostali nezasićeni fragmenti polimernog supstrata reagiraju stvaranjem čvrsto umrežene mreže.

Ispod su tipični podaci za obradu preprega:

Temperatura formiranja, ° C

Pritisak, MPa

Ciklus stvrdnjavanja na 77 °C za laminiranu plastiku debljine 3,2 mm, min |

Vrijeme nakon stvrdnjavanja .................... Nema Hemijska struktura i svojstva Polibutadienske smole imaju izvrsna električna svojstva i hemijsku otpornost. Visok sadržaj ugljovodonika i minimalni sadržaj aromata rezultiraju niskim dielektričnim konstantama i faktorima prigušenja, kao i odličnom hemijskom otpornošću. Nizak sadržaj aromatičnih fragmenata objašnjava visoku otpornost na luk, kao i otpornost na stvaranje provodljivih tragova.

Ova svojstva polibutadienskih smola, slična ponašanju polietilena, povezana su sa otpornošću ovih polimera na stvaranje ugljika tokom visokonaponske pirolize. Odsustvo esterskih veza, koje čine poliestere osjetljivim na kiseline i baze, objašnjava hidrofobnost, kao i otpornost polibutadienskih smola na kiseline i baze.

Primena PBB CM-a Zbog svoje jedinstvene kombinacije odličnih električnih svojstava sa hemijskom otpornošću, PBB CM-ovi su uspešno primenjeni u dizajnu radarskih antena za ugrađene radarske antene. Za rad u frekventnom opsegu koji prelazi K-opseg (10,9 - 36,0 GHz), korišteno je ojačano epoksidno staklo, koje ne zadovoljava ovu svrhu zbog visokih vrijednosti dielektrične konstante (4,5 - 5,0).

Ovo postaje jasno ako uzmemo u obzir da je debljina stijenke radare, kao što slijedi iz donje jednakosti, funkcija dielektrične konstante i radne valne dužine:

n 0 D =, 2 (sin 2) 0,5 gdje je d debljina zida antenskog radara; n je cijeli broj 0 (n = 0 za tanak zid; n - 1 za zid čija je debljina jednaka dužini polutalasa); 0 - talasna dužina u slobodnom prostoru; - dielektrična konstanta; - upadni ugao.

Budući da debljina stijenke radare mora biti direktno proporcionalna efektivnoj talasnoj dužini, ali obrnuto proporcionalna dielektričnoj konstanti, kombinacija koja istovremeno povećava frekvenciju i koristi kompozitni materijal visoke dielektrične konstante stvara problem neusklađenosti debljine stijenke pri korištenju dužih valnih dužina. .

Očigledno, ako se valna duljina istovremeno smanjuje i dielektrična konstanta materijala raste, tada postaje moguće smanjiti debljinu zidova obloge. Međutim, upotreba tankih zidova predstavlja problem loma udarca, koji se može ubrzati ozbiljnom površinskom erozijom tankih laminata.

Drugi problem kod materijala sa većim dielektričnim svojstvima je mogućnost odstupanja u debljini stijenke obloge, što dovodi do većih troškova proizvodnje ili upotrebe dodatnih materijala za obezbjeđivanje tačne "električne" debljine. Kada se koriste antene na avionima i brodovima, postavljaju se dodatni zahtjevi za CM od kojeg se izrađuju obloge: moraju imati stabilna svojstva u širokom rasponu temperatura iu uvjetima visoke vlažnosti. Strogi zahtjevi za materijalom povezani s visokim radnim frekvencijama i teškim uvjetima okoline nije lako ispuniti korištenjem konvencionalnih kompozita. Međutim, ovi zahtjevi se mogu potpunije ostvariti korištenjem materijala na bazi polibutadiena.

Prilikom pripreme preprega, očvršćavanje smola se vrši u prisustvu inicijatora peroksida. Uprkos odličnoj obradivosti ovog CM-a i lakoći očvršćavanja, koje se završava u jednoj fazi za 2 sata na temperaturi od 177°C, niske mehaničke osobine u poprečnom pravcu ograničavaju njegovu upotrebu kao konstrukcijskog materijala. Ovaj nedostatak je vjerovatno povezan s velikom gustoćom međumolekulskih umrežavanja, što dovodi ne samo do krhkosti, već i do niske adhezije veziva na karbonska vlakna.

Prilikom dobijanja polibutadienske laminirane plastike za konstrukcijske svrhe koriste se razna vlakna za ojačanje: staklo, kvarc i aramid (Kevlar-49). Kompoziti ojačani vlaknima Kevlar-49 sa volumnim udjelom od 60% pogodni su za proizvodnju radara za radarske antene. Da bi se poboljšala neka od mehaničkih svojstava materijala, posebno vlačna čvrstoća u poprečnom smjeru i u međuslojnom smicanju, potrebno je poboljšati svojstva prianjanja i kvašenje vlakana Kevlar-49.

Dodatni zahtjev pri korištenju ovih materijala za izradu radara za radarske antene je niska apsorpcija vlage.

Skladištenje Polibutadienske smole ne zahtevaju nikakve posebne uslove skladištenja u poređenju sa konvencionalnim uslovima koji su povezani sa upotrebom isparljivih, zapaljivih organskih rastvarača kao što su heptan ili toluen. Kada se čuva na 0, 20 ili 35°C tokom 10 nedelja, nema primetne promene u viskoznosti ili odvajanju rastvora. Međutim, potrebno je izbjegavati duže skladištenje na temperaturama iznad 35°C zbog sklonosti otopine stvaranju gela.

EPOKSNE SMOLE Epoksidne smole su jedno od najboljih veziva za veliki broj vlaknastih kompozita iz sledećih razloga:

Dobra adhezija na širok spektar punila, komponenti za ojačavanje i podloga;

Raznolikost dostupnih epoksidnih smola i agenasa za očvršćavanje, koji omogućavaju da se nakon očvršćavanja dobiju materijali sa širokom kombinacijom svojstava, koji ispunjavaju različite tehnološke zahtjeve;

Odsustvo vode ili bilo koje isparljive supstance tokom hemijskog procesa i pojava malog skupljanja tokom sušenja;

Hemijska otpornost i dobra električna izolacijska svojstva.

Glavna komponenta epoksidnih veziva je mješavina oligomernih proizvoda s epoksidnim grupama u krajnjim vezama (epoksidne smole).

Primaju ih:

interakcija epihlorohidrina sa dvoatomskim (rjeđe, poliatomskim) alkoholima ili fenolima za formiranje diglicidnih oksiestara CH2-CH-CH2Cl + HO-R-OH CH2-CH-CH2-OR - (- O-CH2-CH (OH) -CH2 -O- RO O) -O-CH2-CH-CH2 \ / O ili CH2-CH-CH2Cl + H2N-C6H4-NH2 \ / O ili CH2-CH-CH2Cl + HO-C6H4-C (CH3) 2-C6H4 -OH bisfenol A \ / O Najčešće smole su izvedene iz epiklorohidrina i difenilolpropana (bisfenol A) (smole tipa ED) ili iz proizvoda polikondenzacije epiklorohidrina i metilolfenola (EP, EN epoksifenolne smole). Nedavno su se upotrebljavale smole od epiklorohidrina i anilina (EA smola), diaminodifenilmetana (EMDA).

Primjena Epoksidne smole se koriste u proizvodnji raznih kompozitnih materijala i konstrukcijskih dijelova. Koriste se i kao smjese za kapsuliranje i zaptivanje, praškovi za presovanje i ljepila.

Epoksidne smole su vrlo otporne na kiseline, lužine i vlagu, ne deformiraju se pri zagrijavanju na visoke temperature, imaju nisko skupljanje i veliku zapreminsku otpornost. Epoksidne smole se mogu koristiti ne samo za zaštitu materijala od okoline, već i za lijepljenje dijelova. U elektronskoj industriji, na primjer, epoksidne smole se koriste za kapsuliranje zavarenih modula, zalivanje namotaja transformatora i motora, kao i za zaptivanje spojeva električnih kablova.

Od Drugog svetskog rata epoksidne smole su se koristile za izradu alata (na primer, kalupi za štancanje lima ili šare za izradu delova). Punila koja ojačavaju čestice ili vlakna se lako ugrađuju u smolu, smanjujući troškove i povećavajući stabilnost dimenzija. Mogućnost zamjene metala epoksidnim smolama posljedica je dva faktora: ekonomičnosti u proizvodnji i brzine (bez velikih materijalnih troškova) modifikacije. Osim toga, ove smole imaju dobro zadržavanje oblika i veličine, visoka mehanička svojstva i nisko skupljanje, što im omogućava da se proizvode u dijelove sa bliskim tolerancijama.

Epoksidne mase za kalupljenje (u prahu, djelimično stvrdnute mješavine smole i učvršćivača koje postaju fluidne kada se zagrijavaju) koriste se za izradu svih vrsta strukturnih dijelova. Punila i ojačanja se lako ugrađuju u epoksidne smole kako bi se formirala smjesa za oblikovanje. Epoksidne smole pružaju nisko skupljanje, dobro prianjanje na punila i sredstva za ojačavanje, hemijsku stabilnost i dobra reološka svojstva.

Vezivne epoksidne smole imaju najveću čvrstoću prianjanja od svih poznatih polimernih materijala. Koriste se za impregniranje raznih podloga uz minimalno skupljanje. Stoga se ove smole mogu koristiti za spajanje mnogih različitih materijala. Osim toga, mogu se stvrdnjavati na različitim temperaturama i različitim brzinama, što je vrlo važno za industrijsku proizvodnju ljepila.

Izrada CM-a namotavanjem vlakana i kao laminata Jedna od najvažnijih upotreba epoksida ili veziva je u proizvodnji laminata i kompozita namotanih vlaknima za proizvodnju strukturnih dijelova. Takvi dijelovi se koriste u raznim industrijama, uključujući konstrukciju aviona, svemirsku i vojnu tehnologiju. Laminati se takođe koriste u elektronskoj industriji za izradu štampanih ploča. U hemijskoj i petrohemijskoj industriji široko se koriste kontejneri i cevi od epoksidnih kompozita.

Epoksidne smole se mogu koristiti u različitim procesima: mokro namotavanje ili mokro oblikovanje laminata, suho namatanje ili prethodno impregnirano nanošenje slojeva vlakana, tkanine ili trake (kao prepregovi). Općenito, epoksidne smole su skuplje od većine drugih smola, ali njihove odlične performanse često ih dugoročno čine profitabilnijim.

Stvrdnjavanje smola aminima Velika većina epoksidnih oligomera su ili viskozne tekućine ili krute tvari niskog taljenja, lako topljive u ketonima, eterima i toluenu.

Učvršćivači za epoksidne oligomere dijele se u dvije velike grupe prema mehanizmu djelovanja:

Učvršćivači za umrežavanje sadrže funkcionalne grupe koje hemijski reaguju sa funkcionalnim grupama epoksidnog oligomera;

Katalitička sredstva za očvršćavanje uzrokuju formiranje prostorne retikularne strukture polimerizacijom epoksi grupa.

Učvršćivači za umrežavanje sadrže amino, karboksilne, anhidridne, izocijanatne, hidroksilne i druge grupe u svojim molekulima.

Učvršćivači aminskog tipa koriste se za sušenje u radnom temperaturnom opsegu od 0-150°C. Kao alifatski amini, široko se koriste 1,6-heksametilendiamin i polietilen poliamini opće formule H2N (CH2CH2NH), CH2CH2NH2, gdje je n = 1-4, koji imaju visoku aktivnost čak i na temperaturi od 20 ° C.

Korišteni aromatični amini su m-fenilendiamin, 4,4"-diaminodifenilmetan, 4,4"-diaminodifenilsulfon. Aromatični amini su manje aktivni od alifatskih i očvršćavaju na temperaturama od 150°C i više.

Dicijandiamin se široko koristi kao učvršćivač aminskog tipa.

Dicijandiamin praktički ne reagira s epoksidnim oligomerima na sobnoj temperaturi, ali ih brzo stvrdnjava na povišenim temperaturama (150 ° C i više).

Da bi se izvršilo potpuno umrežavanje epoksidne smole, odnos između broja atoma vodika u amino grupama učvršćivača i broja epoksi grupa u smoli mora biti 1:1. Reakcija između alifatskih amina i epoksi grupa odvija se na sobnoj temperaturi. Zagrijavanje je potrebno kada se koriste oštri aromatični amini. Hemijska veza između atoma ugljika i dušika, koja nastaje kada je smola umrežena sa aminima, otporna je na djelovanje većine neorganskih kiselina i lužina. Međutim, ova veza je manje stabilna na djelovanje organskih kiselina od intermolekularnih veza koje formiraju učvršćivači drugih klasa. Osim toga, električna izolacijska svojstva "amino-stvrdnutih" epoksida nisu tako dobra kao kod drugih sredstava za očvršćavanje. Ovo može biti zbog polariteta hidroksilnih grupa koje nastaju tokom očvršćavanja.

Izocijanatni učvršćivači lako reaguju sa hidroksilnim grupama epoksi oligomera čak i u hladnim uslovima (= 20°C). Pri visokim temperaturama očvršćavanja (180-200°C) moguća je reakcija izocijanatne grupe sa epoksi grupom sa formiranjem oksazolidonskog prstena. Kao izocijanati koriste se 2,4- i 2,6toluen diizocijanati, heksametilen diizocijanat i prepolimeri na njihovoj osnovi sa terminalnim izocijanatnim grupama.

Za očvršćavanje epoksidnih oligomera široko se koriste fenol-formaldehidni oligomeri novolac i rezola. Novolaks očvršćava epoksi oligomere reakcijom fenolnih hidroksila sa epoksi grupama na 150-180°C, iu prisustvu katalizatora (tercijarni amini) na 80C. U slučaju rezola, hidroksimetilne grupe rezola reaguju sa sekundarnim OH grupama epoksi oligomera i, pored toga, mogu alkilovati aromatične prstenove epoksi oligomera.

Katalitička sredstva za očvršćavanje katalizuju kationsku i anjonsku polimerizaciju epoksi grupa.

Kationsku polimerizaciju pokreću Lewisove kiseline - BF3, BF30 (C2H5) 2, SnCl4 itd.

Anionsku polimerizaciju pokreću hidroksidi i alkoholati alkalnih metala, kao i tercijarni amini kao što su trietanolamin i 2,4,6-tris (dimetilaminometil) fenol.

U anionskoj polimerizaciji u prisustvu tercijarnih amina, aktivni centar nastaje kombinovanom reakcijom amina, epoksi centra i alkohola prema shemi OH OH Alifatični tercijarni amini su obično hladni očvršćivači. Nedavno su imidazoli (posebno 2-etil-4-metilimidazol) uspješno korišteni kao učvršćivači tipa Lewisove baze; Međutim, kod nekih ljudi mogu iritirati kožu i stoga zahtijevaju pažljivo rukovanje.

Stvrdnjavanje smola anhidridima kiseline Kao kiselinska sredstva za očvršćavanje najčešće se koriste ciklički aldehidi karboksilnih kiselina, kao što su ftalna, maleinska, a također i trimelitična (TMA), piromelitna (PMA), anhidrid benzofenon tetrakarboksilne kiseline (ABTC). 180°C .

Skladištenje ovih učvršćivača zahteva posebnu pažnju kako bi se sprečila degradacija usled vlage u vazduhu. Kako bi se osiguralo potpuno stvrdnjavanje, reakcija se provodi zagrijavanjem. Često se dodaje mala količina akceleratora kako bi se ubrzao proces očvršćavanja, koji je izuzetno spor. Postoje i anhidritni učvršćivači koji reagiraju sa smolom kada se zagrije iznad 200°C. Anhidridi kiselina reaguju sa epoksidnim smolama i formiraju estre. Da bi se ova reakcija odvijala, potreban je otvor anhidridnog prstena. Mala količina tvari koje sadrže proton (na primjer, kiseline, alkoholi, fenoli i voda) ili Lewisove baze doprinose otvaranju prstena.

Esterska grupa koja nastaje kao rezultat očvršćavanja otporna je na djelovanje organskih i nekih neorganskih kiselina, ali je uništavaju alkalije. Dobiveni materijali imaju veću termičku stabilnost i bolja električna izolacijska svojstva nego kada se koriste aminski učvršćivači.

Katalitičko očvršćavanje s Lewisovim kiselinama Bor trifluorid, jedna od Lewisovih kiselina, široko se koristi kao sredstvo za očvršćavanje epoksidnih smola. Kada se u malim količinama doda čistoj epoksidnoj smoli, ovo sredstvo za očvršćavanje djeluje kao katalizator za kationsku homopolimerizaciju smole kako bi se formirao polieter. Bor trifluorid uzrokuje vrlo brzu, egzotermnu polimerizaciju u roku od nekoliko minuta. Stoga, kada se stvrdne velika količina smole, da bi se održala sobna temperatura u masi, ona se mora blokirati posebnom tehnologijom. Kada se kombinuje sa monoetilaminom (MEA) da bi se formirao BF3-MEA kompleks, bor trifluorid se na sobnoj temperaturi pretvara u latentno sredstvo za očvršćavanje. Na temperaturama iznad 90°C postaje aktivan i uzrokuje brzo stvrdnjavanje epoksidne smole, praćeno kontroliranim oslobađanjem topline. Prilikom pripreme preprega, koji se često skladišti sedmicama prije obrade, upotreba latentnog učvršćivača je apsolutno neophodna.

Epoksidne smole koje sadrže BF3-MEA kompleks se široko koriste za zaptivanje, alate, laminate i proizvode za namotavanje.

Određeno ograničenje u ovom slučaju je otkrivena nestabilnost preprega i otvrdljivih kompozicija koje sadrže VG3MEA na vlagu.

Ubrzivači Ubrzivači se dodaju u mješavine smole i učvršćivača kako bi se ubrzala reakcija između njih. Uvode se u malim nestehiometrijskim količinama, koje se biraju empirijski, vođene osobinama rezultirajućeg materijala. Neki od tercijarnih amina - katalizatori stvrdnjavanja - takođe mogu biti akceleratori za brojne sisteme. Najčešće se koriste za povećanje brzine stvrdnjavanja epoksidnih smola s anhidridima kiseline. U tu svrhu koristi se kalajni oktanat, koji je Lewisova kiselina. U nekim slučajevima omogućava sušenje na sobnoj temperaturi.

Stvrdnuti epoksidi Mogu se napraviti neke generalizacije u vezi sa odnosom između hemijske strukture i svojstava očvrslog epoksida:

Što je više aromatičnih prstenova uključeno u sastav epoksidne smole, veća je njena termička stabilnost i hemijska otpornost;

Prilikom upotrebe učvršćivača aromatične serije nastaju čvršći i izdržljiviji materijali nego u slučaju alifatskih agenasa, međutim, povećana krutost ovakvih sistema smanjuje molekularnu pokretljivost i time otežava interakciju između reakcionih grupa, a očvršćavanje je u ovom slučaju izvode se na povišenim temperaturama;

Smanjenje gustoće međumolekularnih "poprečnih veza" može dovesti do povećanja čvrstoće materijala, zbog povećanja istezanja pri prekidu;

Smanjenje gustine umreženosti takođe može dovesti do manjeg skupljanja smole tokom očvršćavanja;

Povećanje gustine "poprečnih veza" dovodi do povećanja hemijske otpornosti očvrslog materijala;

Povećanje gustoće "poprečnih veza" dovodi do povećanja temperature termičke destrukcije (i temperature staklastog prijelaza Tc), ali je gustoća "poprečnih veza" previsoka.

smanjuje deformaciju destrukcije (povećana krhkost);

Prilikom zamjene aromatskih fragmenata molekula alifatskim ili cikloalifatskim, što nije praćeno promjenom broja "poprečnih veza" u sistemu, raste elastičnost i izduženje osušene smole;

Epoksidne smole otvrdnute kiselinom anhidridom imaju bolje rezultate u kiseloj sredini nego u alkalnoj.

Zbog činjenice da su epoksidne smole viskoelastični materijali, njihova svojstva zavise i od temperature i od trajanja ispitivanja (brzina, frekvencija).

Svojstva posebno očvrsnutih epoksidnih smola.

Kada koristite epoksidne sisteme koji se posebno stvrdnjavaju, postoje neka ograničenja koja treba uzeti u obzir. Na primjer, u slučaju proizvodnje velikih dijelova koji su nezgodni za grijanje i dijelova debelih zidova, gdje bi toplinska naprezanja trebala biti minimalna, neprikladno je koristiti sisteme koji zahtijevaju visokotemperaturno sušenje. U tim slučajevima se koriste sistemi sa niskotemperaturnim učvršćivačima. Takve kompozicije uključuju epoksidne smole koje se očvršćavaju alifatičnim aminom. Očvršćavanje takvih kompozicija na sobnoj temperaturi rezultira materijalima sa odličnim svojstvima, dodatno poboljšanim niskom toplotom. Naravno, ove smole se ne mogu koristiti na visokim temperaturama.

Epoksidni oligomeri i polimeri se koriste u raznim oblastima tehnologije zbog uspješne kombinacije jednostavne tehnologije obrade sa visokim fizičkim i mehaničkim svojstvima, otpornošću na toplinu, prianjanjem na različite materijale, otpornošću na različite sredine i sposobnošću stvrdnjavanja na atmosferskom pritisku uz niske skupljanje. Dakle, oni se široko koriste u proizvodnji konstrukcijskih materijala visoke čvrstoće, u raketnoj i svemirskoj tehnologiji, avijaciji, brodogradnji, mašinstvu, elektrotehnici, radio elektronici, izradi instrumenata.

Epoksidni oligomeri i polimeri se široko koriste kao matrice za proizvodnju ugljične plastike koju karakterizira kombinacija visoke čvrstoće i krutosti s malom gustoćom, niskim temperaturnim koeficijentom trenja, visokom toplinskom i električnom provodljivošću, otpornošću na habanje, otpornošću na toplinske i radijacijske efekte. Koksna i pirokarbonska epoksidna plastika ojačana ugljičnim vlaknima otporna je na termičku i termičku oksidativnu degradaciju, ima visoke karakteristike čvrstoće i dobra svojstva zaštite od topline.

Epoksidne smole su dobre matrice za izradu fiberglasa. Pored staklenih vlakana i staklenih tkanina koriste se kvarcna vlakna i tkanine, karbonska vlakna od bora, silicijum karbid i druga neorganska vlakna.

Osim neorganskih vlakana, vlakna iz organskih polimera koriste se za dobivanje ojačane epoksidne plastike, posebno sintetičkih vlakana visoke čvrstoće od poli-i-fenilen tereftalamida i drugih aramida.

Zbog dobrog prianjanja na staklo, keramiku, drvo, plastiku, metale, epoksidni oligomeri i polimeri imaju široku primjenu u proizvodnji ljepila, masa za toplo i hladno očvršćavanje.

Epoksidni oligomeri se koriste za brtvljenje i kapsuliranje različitih dijelova radi zaštite okoliša.

U elektrotehnici se epoksidni oligomeri koriste za punjenje namotaja transformatora i motora, za zaptivanje spojeva električnih kablova itd.

TEMA 6. SMOLE OTPORNE NA TOPLINU

Smole otporne na toplinu su linearni ili umreženi heteroaromatični polimeri s visokom temperaturom staklastog prijelaza i mogu izdržati dugotrajno zagrijavanje na zraku iznad 300 °C bez primjetnih strukturnih promjena.

Unatoč procesu termooksidativne destrukcije, koja se u ovim uvjetima neizbježno događa, razgradnja takvih polimera je relativno spora. Osim toga, pretpostavlja se da su fragmenti na koje se ovi polimeri raspadaju relativno stabilni, što produžava "životni vijek" materijala na povišenim temperaturama.

Ključna točka u pripremi smola otpornih na toplinu je sinteza polimera koji sadrže veliki broj heteroaromatskih fragmenata. Ovi fragmenti, koji sadrže minimalni broj atoma vodika koji su sposobni za oksidaciju, mogu apsorbirati toplinsku energiju. Nažalost, isti elementi hemijske strukture koji određuju termooksidativnu stabilnost ovakvih smola dovode do ozbiljnih poteškoća, a često i do nemogućnosti njihove prerade u željene proizvode.

Šezdesetih godina prošlog stoljeća sintetiziran je niz heteroaromatičnih polimera, koji su prema termogravimetrijskoj analizi (TGA) imali dobru termooksidativnu stabilnost na povišenim temperaturama. Međutim, pokušaji upotrebe ovih polimera kao veziva za kompozitne materijale poboljšanih svojstava bili su ili neuspješni ili ekonomski nepovoljni.

Stoga je početkom 70-ih budućnost polimernih veziva otpornih na toplinu izgledala vrlo nejasno i neizvjesno. Činilo se da će ova korisna klasa materijala ostati "laboratorijski kuriozitet". Međutim, razvoj hemije poliimidnih polimera 1972-74. ne samo da je oživeo interes za njih i izazvao nova dostignuća u oblasti veziva otpornih na toplotu, već je omogućio i praktičnu realizaciju mnogih potencijalnih mogućnosti ovih veziva. Trenutno se poliimidni vlaknasti kompozitni materijali koriste kao strukturni materijali koji rade na temperaturi od oko 300°C ili trodimenzionalni (prostorna mreža).

Glavni nedostatak kompozitnih materijala na bazi poliimida velike molekularne mase je njihova visoka poroznost, što oštro ograničava mogućnosti efikasne praktične primjene ovih materijala u uvjetima istovremenog izlaganja visokim mehaničkim opterećenjima, visokim temperaturama i oksidirajućoj atmosferi.

Stoga se čini da je svrsishodnije koristiti početne topljive oligomerne imide, koji se mogu stvrdnuti reakcijom polimerizacije, budući da polimerizacija nije praćena oslobađanjem hlapljivih nusproizvoda što dovodi do visoke poroznosti nastalih materijala. Od najveće važnosti su polimerizabilni oligomerni imidi koji sadrže maleimidne i endometilentetrahidroftalimidne grupe na krajevima lanca.

Ove zahtjeve u velikoj mjeri zadovoljavaju bismaleinimili dobiveni interakcijom diamina različite strukture i anhidrida maleinske kiseline. Dvostruka veza u bis-maleimidima ima nedostatak elektrona zbog blizine karbonilnih grupa imidnog prstena; stoga bis-maleimidi lako polimeriziraju kada se zagriju iznad tačke topljenja, formirajući trodimenzionalne polimere.

POVRATAK OTPADA INDUSTRIJSKOG PREDUZEĆA Otpad nastaje u procesu ekonomske aktivnosti praktično svih preduzeća. Zbog činjenice da količina otpada direktno utiče na ... "FEDERALNA AGENCIJA ZA OBRAZOVANJE MOSKVA DRŽAVNOGRADNJI UNIVERZITETSKI PROGRAM disciplina _Ekonomska procjena investicija_" EKONOMIJA JAVNOG SEKTORA "Pokazuje se da je problem državne regulacije interakcije tržišta mehanizme i treba rass ... "Kandidat filozofskih nauka, mlađi istraživač Odsjeka za sociologiju i psihologiju N ..." suradnici, Odsjek za finansije Dean Witter, koji primaju kratkoročnu Stanford od ... "NV Mikhailova Državni univerzitet Minsk..."

2017 www.site - "Besplatna elektronska biblioteka - razna građa"

Materijali na ovoj stranici su postavljeni na pregled, sva prava pripadaju njihovim autorima.
Ako se ne slažete da vaš materijal bude objavljen na ovoj stranici, pišite nam, mi ćemo ga izbrisati u roku od 1-2 radna dana.

2.5.9. Uklanjanje odlivaka iz kalupa i jezgra sa odlivaka

2.5.10. Završne operacije za obradu odlivaka

2.6. Izrada odljevaka u jednokratnim kalupima tankih stijenki (ljuske).

2.7. Druge metode lijevanja za jednokratne uzorke

2.8. Izrada odlivaka u više kalupa

2.8.1. Izrada odlivaka u metalnim kalupima (chill kalupi)

2.8.2. Proizvodnja odlivaka pod visokim pritiskom u metalnim kalupima

2.8.3. Squeeze livenje

2.8.4. Kontinuirano livenje

2.8.5. Electroslag livenje

2.9. Lijevanje s promjenjivim pritiskom

2.10. Zamrzavanje

2.11. Centrifugalno livenje

2.12. Ovjesno livenje

2.13. Legure za livenje

2.13.1. Koncept legura za livenje

2.13.2. Lijevačka svojstva legura

2.13.3. Mehanička svojstva

2.13.4. Fizička i hemijska svojstva

2.13.5. Tehnološka svojstva

2.13.6. Operativna svojstva

13.7. Kratke karakteristike legura za livenje

2.13.8. Topljenje livačkih legura

2.14. Tehnološki zahtjevi za projektovanje odlivaka

2.14.1. Opšti koncept proizvodnosti odlivaka

2.14.2. Neki osnovni zahtjevi za dizajn odljevka

2.15. Osnove projektovanja tehnologije izrade odlivaka

Odjeljak 3. Obrada metala pritiskom

3.1. Opće informacije

3.1.1. Fizičke osnove plastične deformacije

3.1.2. Prednosti oblikovanja metala

3.1.3. Utjecaj tlačne obrade na strukturu i svojstva metala i legura

3.2. Zagrijavanje metala prije tretmana pod pritiskom

3.2.1. Izbor temperaturnih uslova za tretman pod pritiskom

3.2.2. Uređaji za grijanje

3.3. Vrste oblikovanja metala

3.3.1. Proizvodnja valjanja

3.3.2. Pritiskom

3.3.3. Crtanje

3.3.4. Kovanje

3.3.5. Bulk štancanje

3.3.6. Štancanje listova

3.3.7. Specijalne metode tretmana pritiskom

Odjeljak 4. Tehnologija procesa zavarivanja, lemljenja i lijepljenja

4.1. Fizičke osnove zavarivanja

4.1.1. Suština formiranja zavarenog spoja

4.1.2. Opće karakteristike zavarenih spojeva

4.2. Zavarivanje fuzijom

4.2.1. SUŠTINA PROCESA LUČNOG ZAVARIVANJA

4.2.2. Električni luk

4.2.4. Ručno elektrolučno zavarivanje

4.2.5. Automatsko zavarivanje pod vodom

4.2.6. Elektrolučno zavarivanje zaštićeno plinom

4.2.7. Plazma zavarivanje

4.2.8. Zavarivanje elektrotroskom

4.2.9. Zavarivanje elektronskim snopom

4.2.10. Lasersko zavarivanje

4.2.11. Zavarivanje plinom

4.3. Zavarivanje pod pritiskom

4.3.1. Glavne metode otpornog zavarivanja

4.3.2. Mašine za otporno zavarivanje

4.3.3. Tehnologija točkastog i šavnog zavarivanja

4.3.4. Tehnologija sučeonog zavarivanja

4.3.5. Kondenzatorsko zavarivanje

4.3.6. Posebne vrste zavarivanja pod pritiskom

4.4. Fizičko-hemijske osnove zavarljivosti

4.5. Tehnologija zavarivanja konstrukcijskih materijala

4.5.1. Značajke zavarivanja ugljičnih čelika.

4.5.2. Značajke zavarivanja legiranih čelika.

4.5.3. Karakteristike zavarivanja livenog gvožđa

4.5.4. Značajke zavarivanja obojenih legura

4.6. Proizvodnost zavarenih spojeva

4.7. Materijali za lemljenje i lepljenje

4.7.1. Lemljenje

4.7.2. Lepljenje

Odjeljak 5. Tehnologija proizvodnje proizvoda od praha, polimera, gume, kompozitnih i neorganskih materijala

5.1. Metalurgija praha

5.1.1. Osnove tehnologije

5.1.2. Materijali u prahu

5.2. Samopropagirajuća visokotemperaturna sinteza (SHS)

5.3. Polimeri

5.3.1. Struktura i svojstva polimera

5.3.2. Tehnologije proizvodnje

5.4. kompozitni materijali (km)

5.4.1. Kompoziti metalne matrice

5.4.2. Kompoziti polimerne matrice

5.4.3. Načini dobivanja proizvoda iz km

5.5. Proizvodi od gume

5.6. Neorganski materijali

5.6.1. Neorgansko staklo

5.6.2. Keramika

Odjeljak 6. Tehnološke metode obrade mašinskih delova

6.1 Opće informacije

6.1.1. Metode obrade zaliha mašinskih delova

6.1.2. Preciznost i hrapavost obrade

6.2. Osnove rezanja metala

6.2.1. Pokreti rezanja i obrasci obrade

6.2.2. Karakteristike rezanja i geometrija rezanog sloja

6.2.3. Elementi alata za struganje

6.2.4. Koordinatne ravni sjekutića

6.2.5. Statički uglovi rezača

6.2.6. Fizičke osnove procesa rezanja

6.2.7. Odabir uslova rezanja i načina za poboljšanje produktivnosti

6.3. Materijali za izradu reznih alata

6.4. Opće informacije o mašinama za rezanje metala

6.4.1. Klasifikacija alatnih mašina za rezanje metala

6.4.2. Kinematički dijagram mašine

6.5. Strojna obrada

6.5.1. Metoda okretanja

6.5.2. Strug za zavrtnje

6.5.3. Strugovi za vertikalno tokarenje

6.5.4. Strugovi - tokarski strugovi

6.5.5. Automatske strugove i poluautomatske mašine

6.6. Mašine za bušenje i bušenje

6.6.1. Alat za bušenje i obradu rupa

6.6.2. Tipovi mašina za bušenje

6.7. Obrada na glodalicama

6.7.1. Način glodanja i vrste glodala

6.7.2. Mašine za glodanje opšte namene

6.7.3. Pribor za glodalice

6.8. Provlačenje

6.8.1. Vrste mašina i njihova namena

6.8.2. Alati za rezanje i šeme obrade

6.9. Procesi rezanja zupčanika

6.9.1. Tehnike profilisanja zuba zupčanika

6.9.2. Alat za rezanje zupčanika

6.9.3. Tehnološke metode rezanja zupčanika

6.10. Threading

6.10.1. Alat za urezivanje navoja

6.10.2. Rezanje konca rezačima i češljevima

6.10.3. Narezivanje navoja glodalicama

6.10. 4. Tapkanje

6.10.5. Tapkanje kockicama

6.10.6. Tapkanje po glavama

6.10.7. Namotavanje niti

6.11. Abrazivna obrada

6.11.1. Abrazivni alati

6.11.2. Brušenje

6.11.3. Honing

6.11.4. Superfinishing

6.11.5. Poliranje

6.11.6. Otklanjanje grešaka

6.12. Električne, hemijske i kombinovane metode obrade

6.12.1. Ultrazvučno sečenje

6.12.2. Rezanje sa grijanjem

6.12.3. Metode obrade elektro-pražnjenjem

6.12.4. Hemijske metode obrade

6.12.5. Metode obrade zraka

6.13. Proizvodnost dizajna mašina, mehanizama i delova

5.4.2. Kompoziti polimerne matrice

Kompozitni materijali s polimernom matricom odlikuju se malom gustoćom (1200 ... 1900 kg / m 3), niskom osjetljivošću na zarezivanje, toplinskom i električnom provodljivošću, visokim zamorom i specifičnom čvrstoćom, produktivnošću obrade, radio prozirnošću (brojni materijali ), itd. Kao polimerne matrice za kompozite koriste se kao termoreaktivni (uglavnom) i termoplastični polimeri, te punila - bilo koji od gore navedenih.

Materijali na bazi termoplastičnih polimera sa dispergovanim punilima različite prirode (talk, grafit, metalni oksidi, slojevita čvrsta maziva, metalni prah, diskretna staklena vlakna, itd.) koriste se za izradu nisko i srednje opterećenih delova mašina i aparata, delova karoserije, zupčanika i lančanici, ležajevi itd. zaptivke, pogonski remeni, kontejneri itd.

Među termoplastičnim kompozitima najviše se koriste materijali punjeni staklom. Kao punilo koriste se vlakna promjera 9 ... 13 μm od bezalkalnog aluminoborosilikatnog stakla, kratka (0,1 ... 1 μm) i duga (dužina 3 ... 12 mm) sa stepenom punjenja od 10 ... 40% mase polimera. Proizvodi se plastika punjena staklom na bazi poliamida, polikarbonata, polipropilena i drugih termoplasta. Punjenje termoplasta staklenim vlaknima povećava karakteristike čvrstoće polimera i otpornost na toplinu, smanjuje puzanje za 1,5 ... 2 puta, smanjuje toplinsko širenje za 2 ... 7 puta, povećava granicu izdržljivosti i otpornost na habanje. Uvođenjem čvrstih slojevitih maziva u kompozite, kao što su grafit, molibden disulfid, bor nitrid, itd., smanjuje se koeficijent trenja polimera i povećava njihova otpornost na habanje.

Čvrstoća kompozita na bazi termoplasta doseže 150 ... 160 MPa pri dovoljno visokoj udarnoj čvrstoći (KCU = 8 ... 60 J / m 2).

Kompozitni materijali na bazi termoreaktivne plastike nastaju na bazi polimera koji očvršćavaju pri zagrevanju ili pod dejstvom učvršćivača da bi se formirale trodimenzionalne polimerne strukture.Među otvrdnutim pri zagrevanju su kompoziti na bazi fenol-formaldehida, uree i melamin-formaldehidnih, organosilicijumskih i drugih smola. Drugi tip uključuje kompozite na bazi polisiloksana, epoksidnih smola i nezasićenih poliestera.

Termoreaktivne plastike, za razliku od termoplasta, karakteriziraju potpuno odsustvo hladnog protoka, imaju znatno veću otpornost na toplinu, netopive su i imaju neznatna svojstva bubrenja. Pokazuju stabilnost svojstava do temperature otpornosti na toplinu, sposobnost da izdrže dugotrajna opterećenja na temperaturama od -60 do +200 ... 300 ° C, ovisno o vrsti polimera, i imaju dobra dielektrična svojstva. Ali ovi materijali su manje obradivi od termoplasta.

Epoksidne smole imaju najveću adheziju za punilo. Stvrdnute epoksidne smole otporne su na alkalije, oksidanse i većinu organskih kiselina. Međutim, kompoziti na njihovoj osnovi imaju niska mehanička svojstva, otporni su na toplinu do 200 ° C, a osim toga, ove smole su toksične.

Kompoziti na bazi silicijum-organskih i poliimidnih veziva (do 280 ... 350 ° C) imaju najveću otpornost na toplotu.

Upotreba epoksidnih smola i nezasićenih poliestera omogućava dobivanje materijala sposobnih za stvrdnjavanje na sobnoj temperaturi (hladno stvrdnjavanje), što je vrlo važno u proizvodnji proizvoda velikih dimenzija.

Kompozitni materijali sa disperzovana punila koji se koriste kao praškovi organskih (drvno brašno, celuloza) i mineralnih (kvarc, talk, liskun, metalni oksidi, čvrsta slojevita maziva, uključujući grafit, molibden disulfid, bor nitrid) tvari, imaju izotropna svojstva, nisku mehaničku čvrstoću i žilavost.

As vlaknasti materijali za ojačanje Koriste se pamučni flis, konac, azbestna vlakna, fiberglas. U skladu s tim, ovi materijali se nazivaju fiberglass, cordofibre, azbest fiber, fiberglass.

Vlakna - plastike na bazi pamuka impregniranog fenol-formaldehidnom smolom. Materijali imaju veću udarnu čvrstoću (do 10 kJ/m2) u odnosu na presa prah, ali imaju znatno manju fluidnost, što ne dozvoljava proizvodnju tankih zidova. Vlakna imaju niska dielektrična svojstva, nestabilna su na tropske klime i imaju svojstva anizotropije. Koriste se za proizvodnju proizvoda opće tehničke namjene s povećanom otpornošću na vibracije i udarna opterećenja pri savijanju i torziji, na primjer, remenice, prirubnice, ručke, poklopci itd.

Azbestna vlakna - kompoziti koji sadrže vlaknasti mineral - azbest, koji se raspada na tanka vlakna promjera do 0,5 mikrona. Kao vezivo koriste se fenol-formaldehidne i organosilicijumske smole. Imaju visoku udarnu čvrstoću i otpornost na toplinu do 200°C, otporni su na kiselu sredinu i imaju dobra svojstva trenja. Uglavnom se koriste kao materijali za uređaje za kočenje (kočione pločice, obloge, diskovi kvačila).

Azbestna vlakna na bazi fenol-formaldehida koriste se za proizvodnju dijelova visoke čvrstoće otpornih na toplinu za električne potrebe (električne ploče, visokonaponski i niskonaponski kolektori), a na bazi organosilicijumskih polimera - za dijelove koji rade dugo vremena. na temperaturama do 200°C (materijal K-41-5) i za komore za gašenje luka kontaktora velike snage, terminalnih blokova (KMK-218). Najnoviji materijali su otporni na tropske uslove. faolit - azbestna vlakna dobivena impregnacijom azbestnih vlakana fenol-formaldehidnom smolom, nakon čega slijedi valjanje mješavine, koriste se za proizvodnju kiselootpornih cijevi i kontejnera.

Fiberglass su plastike koje sadrže fiberglas kao punilo. Koriste se staklena vlakna prečnika 5 ... 20 mikrona, visoke čvrstoće sa privremenim otporom B = 600 ... 3800 MPa i visokog modula (VM-1, VMP, M-11), koji imaju B = 3900 ... 4700 MPa i modul elastičnosti pri rastezanju do 110 GPa. Koriste se vlakna, niti, snopovi različitih dužina, što u velikoj mjeri određuje udarnu čvrstoću stakloplastike. Što je vlakno tanje, to je manja greška i veća je njegova čvrstoća.

Mehanička svojstva stakloplastike zavise od sastava, količine i dužine stakloplastike, vrste veziva, fizičko-hemijskih procesa koji se odvijaju na međusklopu fiberglasa i veziva i metode obrade. Na primjer, zamjena staklenih vlakana od E stakla (aluminosilikat bez alkalija) sa S (toplinsko otpornim staklenim vlaknima visoke čvrstoće) u epoksidnom vezivu povećava čvrstoću kompozita za 40%.

U cilju poboljšanja vlaženja staklenog vlakna vezivom, smanjenja naprezanja na međuprostoru, povećanja adhezije između vlakna i veziva, dorade (obrade) vlakana spojevima koji sadrže različite reaktivne grupe (vinil, metakril, fenil , amino i imino grupe, itd.). Smanjenje naprezanja na granici sloja veziva s vlaknom, smanjenje skupljanja i poroznosti, te povećanje otpornosti na toplinu olakšano je uvođenjem praškastih punila, posebno očvrslog vezivnog praha, u vezivo.

Stakloplastika se dijeli na: zamršene vlaknaste, granulirane i fino dispergovane mase za presovanje.

Zamršena staklena vlakna Dobija se impregnacijom dužine vlakana 40 ... 70 mm, nakon čega slijedi puhanje i sušenje radi uklanjanja rastvarača (na primjer, AG-4V). Nedostatak ovih materijala je neravnomjerna raspodjela veziva, veći raspršivanje mehaničkih svojstava i manja fluidnost u odnosu na druga stakloplastika.

Granularno staklo(premiksi) dobija se impregnacijom neupredenih staklenih prediva i staklenih prediva, nakon čega sledi sušenje i sečenje u granule dužine 5, 10, 20 i 30 mm. Prečnik granula je 0,5 ... 8 mm. Materijal ima dobru tečnost i fluidnost, veću stabilnost mehaničkih svojstava. Ova kategorija materijala uključuje dozirana staklena vlakna DSV.

Fino dispergovane presa od fiberglasa proizvedeno mešanjem drobljenih staklenih vlakana dužine do 1,5 mm sa vezivom nakon čega sledi granulacija (granule veličine 3...6 mm). Takođe se proizvodi "staklena mrvica" sa granulama dužine do 10...50 mm od impregniranog otpada staklenog platna.

Granulirani fiberglas sa granulama veličine do 6 mm obrađuje se brizganjem. Fino raspršena stakloplastika može se prerađivati ​​brizganjem, a u proizvodnji proizvoda sa metalnim okovom - brizganjem. Stakloplastika sa dužinom granula od 10 mm obrađuje se brizganjem i direktnim prešanjem, a sa dužinom granula 20 i 30 mm - samo direktnim presovanjem.

Dijelovi karoserije, elementi štitova, izolatori, utičnice, antenski oklopi itd. izrađeni su od fiberglasa. Proizvodi koji rade na temperaturama od -60 do +200 °C izrađuju se na bazi anilin-fenol-formaldehidnih smola i bezalkalnih aluminoborosilikatnih staklenih vlakana, a za temperaturni raspon - 60...+100 °C na bazi epoksidne smole.

Stakloplastika na bazi organosilicijumskih smola rade se do temperature od 400°C, a uz upotrebu silicijum dioksida ili silicijumskih vlakana kratko vreme i na višim temperaturama. Za dijelove za zaštitu od topline koriste se stakloplastike na bazi silika vlakna i fenol-formaldehidne smole.

Na bazi staklenih prostirki i nezasićenih poliesterskih smola, prepregs, koji se koriste za izradu dijelova velikih dimenzija (karoserije, čamci, dijelovi karoserije uređaja itd.). Upotreba orijentisanih vlakana omogućava dobijanje staklenih vlakana sa poboljšanim mehaničkim svojstvima. Na primjer, orijentirano stakleno vlakno AG-4S ima:  B = 200 ... 400 MPa, KCU = 100 kJ / m 2; dok za AG-4V na bazi zamršenog vlakna:  B = 80 MPa, KCU = 25 kJ / m 2.

Organofibers su kompozitni materijali na bazi polimernih veziva, u kojima kao punilo služe organska polimerna vlakna (poliamid, lavsan, nitron, vinol itd.). Za ojačanje se koriste i snopovi, tkanine i prostirke od ovih vlakana. Kao veziva koriste se termoreaktivne smole (epoksidne, fenol-formaldehidne, poliimidne, itd.).

Upotreba polimernih veziva i punila sličnih termofizičkih karakteristika, kao i onih sposobnih za difuziju i hemijsku interakciju između njih, daju kompozitima stabilnost mehaničkih svojstava, visoku specifičnu čvrstoću i čvrstoću na udar, hemijsku otpornost, otpornost na toplotni udar, tropsku atmosferu. , i abrazije. Dozvoljena radna temperatura većine organskih vlakana je 100 ... 150 ° C, a na bazi poliimidnog veziva i vlakana otpornih na toplinu - do 200 ... 300 ° C. Nedostaci ovih materijala uključuju nisku tlačnu čvrstoću i puzanje.

Za dobijanje kompozita visoke čvrstoće koriste se vlakna na bazi aromatičnih poliamida (aramidna vlakna SVM, Terlon, Kevlar) koja imaju visoka mehanička svojstva, termičku stabilnost u širokom temperaturnom opsegu i dobra dielektrična i zamorna svojstva. U pogledu specifične čvrstoće, ova vlakna su inferiornija samo od bornih i karbonskih vlakana.

Borovoloknit - kompozitni materijali na polimernoj matrici punjenoj vlaknima bora. Imaju dobra mehanička svojstva, nisko puzanje, visoku toplinsku i električnu provodljivost, otpornost na organske rastvarače, goriva i maziva, radioaktivno zračenje i ciklična naizmjenična opterećenja.

Borna vlakna se dobijaju hemijskim taloženjem bora iz gasne mešavine BCl 3 + H 2 na volframov filament na temperaturi od ~ 1130°C. Da bi se povećala otpornost na toplotu, vlakna su obložena silicijum karbidom, koji se takođe taloži iz parno-gasne faze u argonu i vodoniku. Takva vlakna nazivaju se borsikom. Kao vezivo za vlakna bora koriste se modificirane epoksidne smole i poliimidi. Borovoloknits KMB-3, KMB-Zk osiguravaju performanse proizvoda na temperaturama do 100°C, KMB-1 i KMB-1k do 200°C, i KMB-2k do 300°C. Kako bi se poboljšala proizvodnost obrade, koriste se kompoziti koji sadrže mješavinu vlakana bora i staklenih vlakana.

Borovoloknits se koriste u zrakoplovnoj i svemirskoj tehnici za izradu raznih profila, panela, dijelova kompresora itd.

Carbofiber (plastika ojačana karbonskim vlaknima) - kompozitni materijali na bazi polimernog veziva i karbonskih vlakana. Ugljična vlakna su vrlo otporna na toplinu; specifična čvrstoća, hemijska i vremenska otpornost, nizak koeficijent termičkog linearnog širenja.

Koriste se dvije vrste vlakana: karbonizirana i grafitna. Kao polazni materijal koriste se viskozna ili poliakrilonitrilna (PAN) vlakna, kamena i naftna smola koja se podvrgavaju posebnoj termičkoj obradi. U procesu visokotemperaturne obrade u neoksidirajućoj sredini dolazi do prijelaza s organskih na ugljična vlakna. Karbonizacija se vrši na temperaturi od 900 ... 2000 ° C, a grafitizacija - na temperaturama do 3000 ° C. Prema svojim mehaničkim svojstvima, karbonska vlakna se dijele na visokomodula i visoke čvrstoće. Kao veziva koriste se termoreaktivni polimeri: epoksidne, fenol-formaldehidne, epoksi-fenolne smole, poliimidi itd., kao i ugljenične matrice.

Ugljična vlakna imaju dobra mehanička svojstva, statičku i dinamičku izdržljivost, otpornost na vodu i kemikalije itd.

Ugljična vlakna na bazi epoksi-anilin-formaldehidnog veziva (KMU-3, KMU-Zl) su efikasna na temperaturama do 100°C, na epoksi-fenolnim (KMU-1l, KMU-ly) do 200°C, na poli- liimid (KMU-2, KMU-2l) do 300°C, na karbonskoj matrici do 450°C na vazduhu i do 2200°C u inertnoj atmosferi.

Ugljična vlakna se koriste za proizvodnju strukturnih dijelova za avijaciju i raketnu tehniku, antene, brodove, automobile, sportsku opremu.

Laminirani kompozitni materijali imaju lisnate punilice (tkanine, papir, furnir itd.), impregnirane i spojene polimernim vezivom. Ovi materijali imaju anizotropna svojstva. Kao vlaknasti elementi za ojačavanje koriste se tkanine na bazi vlakana visoke čvrstoće različite prirode: pamuk, staklo-azbestna tkanina, organo-tkanina, karbonska vlakna, organo-staklo, boro-organo-staklo. Tkanine se razlikuju po odnosu vlakana u osnovi i potci, po vrsti tkanja, što utiče na njihova mehanička svojstva. Laminirani kompoziti se proizvode u obliku listova, cijevi, praznina.

Getinax - plastike na bazi modificiranih fenolnih, amino-formaldehidnih i urea smola i raznih vrsta papira.

Organogetinax se proizvodi na bazi papira od sintetičkih vlakana, najčešće od aromatičnih poliamida i polivinil alkohola. Kao veziva koriste se poliimidi, fenol-formaldehid, epoksidne smole i druge. U odnosu na getinake, imaju veću otpornost u agresivnim sredinama i stabilnost mehaničkih i dielektričnih svojstava na povišenim temperaturama.

Tekstolit - laminirana plastika na bazi polimernih veziva i pamučnih tkanina. Materijal ima visoka mehanička svojstva, otpornost na vibracije. Ovisno o glavnoj namjeni, PCB-i se dijele na strukturne, električne, grafitne, fleksibilne amortizere.

Konstrukcijski tekstolit razreda PTK, PT, PTM se koristi za proizvodnju zupčanika, kliznih ležajeva koji rade na temperaturama u zoni trenja ne većoj od 90°C, u valjaonicama, turbinama, pumpama itd. Proizveden u obliku limova sa debljine od 0,5 do 8 mm i ploča debljine od 8 do 13 mm.

Elektrotehnički tekstolit se koristi kao elektroizolacioni materijal u okruženjima sa radnim temperaturama od minus 65 do +165°C i vlažnošću do 65%. Proizvodi se u obliku listova debljine od 0,5 do 50 mm razreda A, B, D, VCh. Dielektrična čvrstoća u transformatorskom ulju do 8 kV / mm. Razred A - sa povećanim električnim svojstvima za rad u transformatorskom ulju i na zraku na industrijskoj frekvenciji od 50 Hz. Razred B - sa poboljšanim električnim svojstvima za rad na zraku na frekvenciji od 50 Hz. Razred G - po svojstvima i području upotrebe sličan je razredu A, ali sa proširenim tolerancijama na savijanje i debljinu. HF klasa - za rad u vazduhu na visokim frekvencijama (do 10 6 Hz).

Grafitni tekstolit se koristi za proizvodnju ležajeva opreme za kotrljanje i proizvodi se u obliku listova debljine 1 ... 50 mm, dužine do 1400 mm i širine do 1000 mm.

Fleksibilni amortizirajući tekstolit koristi se za proizvodnju zaptivnih i izolacionih zaptivki u mašinskim jedinicama izloženim ulju, kerozinu i benzinu. Proizvodi se u obliku listova debljine 0,2 ... 3,0 mm.

V azbestni laminati i asbogetinax kao punila, odnosno azbestna tkanina ili azbestni papir (do 60%), a kao vezivo - fenol-formaldehidne i melamin-formaldehidne smole, silicijum-organski polimeri, koji određuju dozvoljenu radnu temperaturu.

Materijali na melamin-formaldehidnoj bazi omogućavaju rad proizvoda na temperaturama do 200°C, na fenol-formaldehidnoj do 250°C i na organosilicijumu do 300°C tokom dugotrajnog rada. Za kratko vrijeme temperatura može doseći 3000 °C. Azbestni laminati se uglavnom koriste za proizvodnju kočionih pločica, kočionih obloga, kao toplinski izolacijski i materijali za zaštitu od topline.

Laminati od staklenih vlakana izrađene na bazi fiberglasa i raznih polimernih veziva. Na fenol-formaldehidnim smolama (KAST, KAST-V, KAST-R) otpornije su na toplinu od PTK tekstolita, ali lošije u otpornosti na vibracije. Na organosilicijumskim smolama (STK, SK-9F, SK-9A) imaju visoku otpornost na toplotu i mraz, imaju visoku hemijsku otpornost, ne izazivaju koroziju metala u kontaktu sa njim. Laminati od stakloplastike koriste se uglavnom za proizvode velikih dimenzija za potrebe radio inženjerstva.

Visoka udarna čvrstoća KCU do 600 kJ/m 2, krajnja čvrstoća do 1000 MPa imaju anizotropni materijali od stakloplastike, ojačana staklenim furnirom (SVAM). U pogledu specifične krutosti, ovi materijali nisu inferiorni od metala, a po specifičnoj čvrstoći su 2 ... 3 puta veći.

Plastika punjena plinom se takođe može pripisati klasi kompozita, jer je njihova struktura sistem koji se sastoji od čvrste i gasovite faze. Dijele se u dvije grupe: pjene i celularne plastike. Stiropor imaju ćelijsku strukturu, pore u kojima su izolirane jedna od druge polimernim slojem. Poroplastika imaju otvoreni porozni sistem i gasoviti ili tečni proizvodi prisutni u njima komuniciraju jedni s drugima i okolinom.

Stiropor dobijeni na bazi termoplastičnih polimera (polistiren, polivinil hlorid, poliuretan) i termoreaktivnih smola (fenol-formaldehid, fenol-guma, organski silicijum, epoksid, urea). Da bi se dobila porozna struktura, u većini slučajeva se u polimerno vezivo uvode komponente koje stvaraju gas, tzv. porofore. Međutim, postoje i materijali koji se samopjene, na primjer, poliester uretanska pjena, poliepoksidna pjena. Pjene na bazi termoplastičnih smola su lakše obradive i fleksibilnije, ali je temperaturni raspon njihovog djelovanja od -60 do +60 °C.

Poroplastika dobivaju se uglavnom mehaničkim pjenjenje sastava, na primjer, komprimiranim zrakom ili upotrebom posebnih sredstava za pjenjenje. Kada se pjenasta masa stvrdne, rastvarač, koji se tokom procesa sušenja i sušenja uklanja sa zidova ćelija, uništava ih. Kroz pore se mogu dobiti punjenjem sastava tvarima topivim u vodi. Nakon presovanja i očvršćavanja proizvod se uranja u zagrijanu vodu u kojoj se ispiru topljive tvari.

Pjenasta plastika se koristi za proizvodnju amortizera, mekih sjedišta, spužvi, filtera, kao zaptivke za prigušivanje vibracija i zvučnu izolaciju u ventilacijskim jedinicama, prigušivači, zaptivke u kacigama i kacigama itd. Njihova gustina je 25 ... 500 kg / m 3.

Metalno-polimerni materijali okvira su kompozitni materijali u kojima je trodimenzionalna metalna mreža noseća osnova, a međuokvirna šupljina ispunjena je polimernom kompozicijom koja sadrži različite funkcionalne komponente (slika 5.11).

Rice. 5.11. Struktura metalno-polimernog materijala okvira (a) i MPK materijala (b):

1 - metalne čestice, 2 - polimer, 3 - čvrsto mazivo, 4 - pirolitički grafit

U mašinstvu su našli primenu metal-polimerni samopodmazujući materijali na bazi kermetskog okvira i polimernih veziva koji sadrže razna suha maziva (grafit, molibden disulfid, kadmijum jodid itd.). Takvi materijali se koriste za proizvodnju kliznih ležajeva, kaveza valjkastih ležajeva, klipnih prstenova itd.

Za dobivanje kermetskog okvira koriste se prahovi od limene bronce, nehrđajućeg čelika, staklokeramike. Međuokvirne šupljine su ispunjene PTFE-4D impregnacijom sa 50% vodenom suspenzijom PTFE ili mješavinom PTFE-4D sa olovom. Metalokeramički antifrikcioni materijal MPK, napravljen na bazi praha od nerđajućeg čelika, sadrži pirografit i fluoroplast-4.

Tehnologija njegove proizvodnje je sljedeća: okvir s poroznošću od 20 ... 70% presuje se i sinteruje od metalnog praha. Zatim se u posebnoj komori kroz pore propušta plin koji sadrži ugljik na temperaturi koja osigurava pirolizu plina i taloženje grafita na stijenke okvira dok se ne popuni oko 3/4 volumena pora, nakon čega se proizvod se više puta vakuum impregnira suspenzijom fluoroplastika-4 uz istovremenu toplinsku obradu.

Samopodmazujući materijali date vrste su efikasni na temperaturama do 250°C.

Upotreba samopodmazujućih materijala okvira trake je vrlo obećavajuća; Pore ​​okvira ispunjene su kompozicijama na bazi fluoroplasta-4 i čvrstih maziva.

Materijali trake veoma su tehnološki, omogućavaju izradu kliznih ležajeva (preklopljenih) i čaura bilo koje veličine) omogućavaju rad bez podmazivanja na temperaturama do 280°C pri visokim pritiscima (do 200...300 MPa) i brzinama klizanja. Upotreba metalne bazne trake i poroznog bronzanog okvira osigurava dobro odvođenje topline iz zone trenja, a PTFE-4 koji se nalazi u porama i na površini sa čvrstim mazivima ima nizak koeficijent trenja i visoku otpornost na habanje tarnih parova. Materijali traka kao što su DU, DP, DQ se široko koriste u inostranstvu.

Jedan od nedostataka materijala okvirne trake je mala debljina površinskog uhodnog sloja (10 ... 20 mikrona), što isključuje mogućnost mehaničke obrade ležajeva nakon njihove ugradnje u kućište.

Efikasna je upotreba samopodmazujućih materijala okvira čiji je okvir sinterovan od metalnih vlakana ili mreža, a kao matrica se koriste različiti polimerni sastavi, kao i materijali na bazi ugljičnog grafita i metaliziranih ugljično-grafitnih tkanina impregniranih sa polimerna veziva sa čvrstim mazivima.

Trenutno su u širokoj upotrebi kompozitni drveni materijali, koji su ojačani drveni materijali (punila), spojeni u matricu (obično polimernu) uz uvođenje posebnih aditiva. U nekim slučajevima se nazivaju drvena plastika ili KDPM (kompozitni drveni polimerni materijali).

Iverice - proizvodi velikih dimenzija proizvedeni vrućim ravnim presovanjem drvenih čestica pomiješanih sa vezivom. Prema GOST 10632-89, ploče se proizvode u veličinama 2440x1220; 2750x1500; 3500x1750; 3660x1830; 5500h2440 mm, debljine od 10 do 25 mm, polirane i nepolirane. Prema namjeni, ploče se dijele u tri razreda: P-1 (P-1M višeslojni i P-1T troslojni)- proizvodnju kućišta, panela i drugih delova u radio i instrumentarstvu, nameštaja i građevinskih elemenata. Obloženi filmovima na bazi termoreaktivnih i termoplastičnih polimera, boja i lakova; P-2 (P-2T i P-20 jednoslojni, podijeljeni u grupe A i B) - proizvodnju kućišta uređaja, mašina, kontejnera i kontejnera (osim prehrambenih), regala, elemenata namještaja i građevinskih konstrukcija. Koriste se sa furnirom, ukrasnim papirom - lameliranom plastikom i bez oblaganja; P-3 (P-ET)- pojedinosti karoserija kombija, pregrada automobila, elemenata nosivih konstrukcija. Prema kvaliteti površine ploče se dijele na polirane (1. i II. razred) i nepolirane (I. i II. razred).

Vlaknaste ploče (GOST 4598-86), u zavisnosti od gustine, dele se na meke (M), polutvrde (PT), tvrde (T) i supertvrde (ST) i, u zavisnosti od krajnje čvrstoće pri savijanju, na sedam razreda: M-4, M-12, M-20, PT-100, T-350, T-400 i ST-500, gdje brojevi označavaju minimalnu graničnu čvrstoću ploča na savijanje u kgf / cm 2. Debljina ploča 2, .5; 3.2; 4; 5; 6; 8:12; 16 i 25 mm, širine od 1220 do 1830 mm i dužine od 1200 do 5500 mm. Dizajniran za upotrebu u proizvodima i konstrukcijama zaštićenim od vlage.

Drveni laminati (iverice) - toplo prešani višeslojni furnirski listovi raznih vrsta drveta impregnirani sintetičkim smolama. Iverice odlikuju visoka čvrstoća i otpornost na habanje, nizak koeficijent trenja i dobra svojstva uhodavanja.

Iverica debljine od 1 do 15 mm izrađuju se u obliku pravokutnih listova, debljine od 15 do 60 mm - u obliku ploča. Listovi i ploče lijepljene od cijelih listova furnira po dužini nazivaju se čvrstim, a od nekoliko - kompozitnim (s blago smanjenim svojstvima). Puni limovi se proizvode širine 950 mm i dužine 700, 1150 i 1500 mm i 1200x1500 mm; kompozit 2400h950, 4800h1200, 5000h1200 mm; masivne ploče: 750x750, 950x700 (1150, 1500); 1200x1200 (1500), kompozitne ploče se proizvode u istim veličinama kao i kompozitne ploče. U skladu sa GOST 13913-78 i GOST 20366-75, iverica je podijeljena u 11 razreda.

Među perspektivni sklopovi i dijelovi iz KDPM-a može se pripisati:

Valjci za transportne trake;

Kućišta kotrljajućih ležajeva;

slijepi i prolazni poklopci, otvori;

središnji dijelovi kotača i valjaka (centri kotača sa felgama od čelika);

blokovi kablova za dizalice, telefere, lančane dizalice itd.;

remenice, lančanici, zupčanici pričvršćeni na osovine pomoću spojeva bez ključa;

utezi, protuutezi, amortizeri, zamašnjaci sa unutrašnjim dijelom od presovane metalne strugotine i vanjskim dijelom od KDPM-a;

unutrašnje obloge za automobile, autobuse, vagone, kabine raznih automobila itd.;

Klipovi pneumatskih i hidrauličnih cilindara;

prozorski okviri;

Okviri za dijelove od poliuretanske pjene;

savijeno lijepljeni profili i furnirski paneli;

sendvič paneli sa vanjskim pločama od šperploče, vlaknaste ploče, iverice, DSG1, iverice ili metala (čelik, aluminij) i središnjim dijelom od pjenaste plastike sa drvenim punilima;

dijelovi od pjenaste plastike sa drvenim punilima za konstrukcijske i toplinske izolacijske svrhe (npr. dijelovi za pričvršćivanje stropova automobila, izolacija topline, buke i vibracija automobila, dizel lokomotiva, hladnjača i garažnih vrata, toplinska izolacija cijevi za bezkanalne polaganje itd.);

rezervoari (rezervoari za gas, prijemnici, itd.).

klizni ležajevi koji rade u načinu selektivnog prijenosa;

Naravno, razmatrana obećavajuća područja primjene CMRM-a ne tvrde da su potpuna, ne iscrpljuju sva moguća područja upotrebe i mogu se značajno proširiti.