Da bi pravilno razumeli, o čem je govora v tem članku, morate najprej pravilno opredeliti besedno zvezo - termoplastični kompozitni materiali (T.K.M.) in jih v nobenem primeru ne zamenjati s spojino, saj govorimo o popolnoma različnih materialih. Kaj je torej termoplastični kompozitni material (kompozit)? je heterogen večfazni material iz dveh ali več komponent z jasnim vmesnikom med njimi in kvalitativno novimi lastnostmi ob ohranjanju kemične individualnosti vsake komponente. Sestavljen je iz plastične podlage (matriksa), ki služi kot vezivo, in vključkov različnih komponent v obliki praškov, vlaken itd. (polnilo). Matrica zagotavlja trdnost materiala, prenos in porazdelitev napetosti med polnilom, določa tesnost, toplotno, vlago, požarno in kemično odpornost kompozita, njegove tehnološke, pa tudi termofizične, električne in radiotehnične lastnosti. Optimalna kombinacija operativnih in tehnoloških lastnosti je usmerjena v uravnavanje lastnosti in vsebine matrice in polnila, interakcije med njima na vmesniku, usmerjenosti polnila. Uporaba več matrik (polimatrični kompoziti) ali polnil različne narave (hibridni kompoziti) širi možnosti uravnavanja lastnosti kompozitov. Osnovne vrste polimerov se uporabljajo kot matrica termoplastičnih kompozitnih materialov. Sodoben izbor osnovnih termoplastičnih polimerov, odvisno od ravni njihovih lastnosti elastične trdnosti in deformacijske toplotne odpornosti, je običajno razdeljen v tri skupine.

Termoplasti so po svoji molekularni strukturi razdeljeni v dve skupini - amorfne in kristalne. Zaradi strukturnih značilnosti so za proizvajalce največ zanimanja polimeri druge skupine, ki lahko ponudijo višjo stopnjo fizikalne mehanske lastnosti in velika kemična odpornost.

Obseg svetovne proizvodnje termoplastov (leta 1990 - 86 milijonov ton, leta 2000 - 150 milijonov ton, leta 2010 po napovedih - 258 milijonov ton) znatno presega obseg svetovne proizvodnje termosetov. Kot polnila se lahko uporabljajo trdna polnila v obliki praškov, vlaken različnih dolžin, tkanih in netkanih struktur, oblikovanih iz vlaken različnih kemičnih lastnosti. Glede na opravljene funkcije so polnila razdeljena v tri skupine:

Inerten- barit, dolomit, naravna kreda, marmor itd. Njihova uporaba je posledica želje po znižanju stroškov končnega izdelka, ko je dopustno nekaj poslabšanja lastnosti materiala;

Aktiven- v glavnem na osnovi naravnih silikatov - volastonit, kaolin, sljuda, smukec. Njihove izboljšane tehnološke lastnosti določajo »naravni dejavniki: oblika delcev, stopnja njihove anizotropije, kemija površine delcev glede na polimere;

Funkcionaliziran ali površno spremenjen. Znano je, da je funkcionalna modifikacija površine polnila z organskimi in/ali anorganskimi spojinami zelo pomembna za izboljšanje kakovosti in konkurenčnosti kompozitnih materialov, ki omogočajo dodajanje dodatnih lastnosti polnilu, ki izboljšajo ali optimizirajo pomembne parametre polnila. termoplastični. Za proizvodnjo termoplastičnih kompozitnih materialov je najbolj obetavna tretja skupina polnil.

V zvezi z navedenim postane polnilo nosilec posebnih lastnosti, kar omogoča dopolnitev, zamenjavo ali shranjevanje ustreznih tehnoloških dodatkov. Uporaba polnil v polimerih vam omogoča nadzor lastnosti izdelkov v najširšem obsegu uporabe.

Termoplastične kompozitne materiale lahko pogojno razdelimo v naslednje skupine, odvisno od zahtevanih lastnosti končnega izdelka in področja uporabe:

Polnjeni - imajo povečane trdnostne lastnosti zaradi uvedbe mineralnih polnil - togost, trdnost, odpornost na krčenje;

Zaviralci gorenja - imajo povečano požarno odpornost in ne podpirajo zgorevanja brez zunanjega vira plamena zaradi uvedbe posebnih dodatkov - zaviralcev ognja;

Lepilo - imajo povečane lepilne lastnosti v sistemih polimer-polimer, polimer-kovina itd. z modificiranjem takih kopolimerov, kot so: kopolimer etilen vinil acetata, kopolimer etilen etil akrilata;

Odporne proti zmrzali - imajo povečano odpornost na nizke temperature zaradi uvedbe mineralnih polnil in elastomerov;

Zamreženi - imajo povečano toplotno odpornost, trdnost in togost zaradi sevanja ali kemičnega zamreženja polimera;

Polymatrix - imajo dodatne lastnosti, ki se razlikujejo od osnovnih razredov zaradi mešanja različnih vrst polimerov;

Hibridni - imajo razširjene možnosti uravnavanja lastnosti kompozita zaradi uvedbe polnil različne narave.

Eden od vodilnih problemov sodobne znanosti o materialih je ustvarjanje nove generacije termoplastičnih kompozitnih materialov, ki bi zadovoljili precej nasprotujoče si zahteve proizvajalcev in potrošnikov.

Slovar.

Plastika (plastika, plastika)- konstrukcijski materiali, ki vsebujejo polimer, ki je med nastajanjem izdelka v viskoznem tekočem stanju in med njegovim delovanjem v steklenem stanju. Glede na razlog za prehod iz viskoznega tekočega v stekleno stanje, ki nastane pri oblikovanju izdelkov, se plastika deli na termoreaktivne in termoplastične.

Polimeri- spojine z visoko molekulsko maso, katerih molekule (makromolekule) so sestavljene iz velikega števila ponavljajočih se skupin ali monomernih enot, povezanih s kemičnimi vezmi.

Termoplasti- polimerni materiali, ki pri segrevanju omogočajo večkratne prehode v stanje viskoznega toka.

Reaktoplastika, termoreaktivna plastika- polimerni materiali, ki pri segrevanju ali pod delovanjem trdilcev preidejo v netopno in netopno stanje.

Elastomeri- polimeri in materiali na njihovi osnovi. Ima visoko elastične lastnosti v širokem razponu delovnih temperatur. Tipični elastomeri so gume in gume.

Polimerne spojine- sestavke na osnovi termoreaktivnih oligomerov (epoksidne in poliestrske smole, tekoče organosilicijeve gume) ali monomerov (metakrilatov, prekurzorjev za sintezo poliuretanov), namenjenih za izolacijo prevodnih vezij in delov v električni, radijski in elektronski opremi. Osnovne zahteve za spojine: št hlapna snov; dovolj velika vitalnost; nizka viskoznost.

Toplotna odpornost polimerov- sposobnost ohranjanja trdote (to je, da se ne zmehča), ko se temperatura dvigne. Kvantitativni kazalnik toplotne odpornosti v teh primerih je temperatura, pri kateri deformacija vzorca v pogojih konstantne obremenitve ne presega določene vrednosti.

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

UDK 541.6: 539.25

METODOLOŠKA VPRAŠANJA ANALIZE FAZNE MORFOLOGIJE MATERIALOV NA TEMELJ SINTETIČNIH SMOLA, MODIFICIRANIH S TERMOPLASTOM (pregled)

Učinkovit način za povečanje lomne žilavosti polimernih kompozitnih materialov (PCM) je modifikacija sintetičnih smol s termoplasti. Oblikovanje strukture v takih sistemih spremlja ločitev mikrofaz z oblikovanjem značilne fazne morfologije. Se obravnava stanje tehnike elektronsko mikroskopske študije fazne morfologije termoreaktivnih termoplastičnih sistemov in PCM, ki temeljijo na njih. Upoštevajo se naslednja metodološka vprašanja pri preučevanju fazne morfologije: stopnja informacijske vsebine raziskovalne metode, učinkovitost kontrastnih značilnih elementov mikrostrukture, utemeljitev izbire ključnih morfoloških parametrov in načinov njihovega merjenja.

Uvod

Izboljšanje funkcijskih lastnosti termoreaktivne plastike, ko je le-ta modificirana s termoplasti, je pomembno področje v znanosti o polimernih materialih. Glavni cilj takšne modifikacije je povečati lomno žilavost termoreaktivne plastike in kompozitnih materialov na njeni osnovi. Povečanje odpornosti na udarce in razpoke je še posebej pomembno za materiale, ki se uporabljajo v konstrukciji letal.

Številna sodobna znanstvena dela poudarjajo potrebo po uporabi pristopa "sestava-tehnologija-struktura-lastnosti" pri razvoju novih materialov. Ta pristop je učinkovit tudi pri razvoju polimernih kompozitnih materialov (PCM) s povečano lomno žilavostjo. Nadzor fizikalno-kemijskih lastnosti komponent in sestave mešanice termoplasta s sintetično smolo omogoča ustvarjanje novih strukturnih in funkcionalnih materialov z vnaprej določenimi lastnostmi. Eden ključnih parametrov, s katerimi je mogoče regulirati in nadzorovati lastnosti materiala na podlagi sistema "termoset-termoplastika", je njegova fazna morfologija. Trenutno je vpliv strukturno-faznega stanja PCM na njihove lastnosti predmet intenzivnih raziskav. Sestavni del znanstvenih del za izboljšanje disipativnih lastnosti polimernih matrik PCM je študija fazne morfologije in njenega vpliva na servisne lastnosti materiala.

Termoset-termoplastični sistemi se bistveno razlikujejo po svoji fazni morfologiji. Glede na koncentracijo in termodinamično združljivost komponent, temperaturo začetka kemične reakcije utrjevanja in številne druge dejavnike se oblikuje struktura z različno fazno morfologijo in medfazno adhezijo. Če je bila začetna reakcijska zmes homogena raztopina termoplasta v sintetični smoli, potem ko se reakcija strjevanja nadaljuje, se topnost termoplasta zmanjša zaradi povečanja molekulske mase smole. Drug pomemben dejavnik, ki vpliva na termodinamično združljivost komponent med reakcijo strjevanja, je sprememba kemične strukture sintetične smole med pretvorbo funkcionalnih skupin v reakcijske produkte. V večini termoset-termoplastičnih sistemov, ki so zanimivi z vidika praktične uporabe, nadaljnje povečanje pretvorbe vodi v mikrofazno ločitev. Primarna morfologija se oblikuje pretežno pred geliranjem v α-fazi (faza, obogatena s termoreaktivno plastiko). Oblikovanje morfologije sekundarne faze lahko opazimo v β-fazi (faza, obogatena s termoplastom) po geliranju v α-fazi. Parametri morfologije sekundarne faze so občutljivi na temperaturo naknadnega strjevanja sistema termoset-termoplast. Odvisno od lastnosti sistema "sintetična smola-termoplastika" in parametrov načina strjevanja lahko fazna razgradnja poteka po mehanizmu nukleacije in rasti, po mehanizmu spinodalne separacije ali po mešanem tipu. Mehanizem fazne razgradnje določa takšne morfološke parametre, kot so velikost, prostorska porazdelitev in porazdelitev velikosti delcev dispergirane faze.

Koncentracija termoplasta v začetni reakcijski mešanici je eden od glavnih parametrov, ki določajo fazno morfologijo strjenega materiala. S povečanjem koncentracije termoplasta se fazna morfologija spreminja iz razpršene morfologije, najprej v sokontinuirano, nato pa v morfologijo s faznim obratom (slika 1). Veliko težje je posplošiti vpliv temperature utrjevanja na morfološke parametre mikrostrukture, ker spreminja razmerje med stopnjami faznega ločevanja in kemičnimi reakcijami utrjevanja. Analiza znanstvene in tehnične literature kaže, da je pri razvoju materialov na osnovi sintetičnih smol, modificiranih s termoplasti, glavna pozornost v mikrostrukturnih študijah namenjena vplivu koncentracije, kemične strukture in molekulske mase termoplasta ter temperaturnega režima. utrjevanja na fazni morfologiji materiala. Trenutno potekajo aktivne raziskave, katerih cilj je uravnavanje fazne morfologije in medfazne adhezije z uporabo kompabilizatorjev (snovi, ki zmanjšujejo površinsko napetost na površini in povečujejo medfazno oprijem na vmesniku polimer-polimer).

riž. 1. Vrsta fazne morfologije:

a - razpršeno; b - neprekinjeno spanje; c - s faznim obratom; d - njegov odnos s koncentracijo termoplasta

Elektronska mikroskopija v kombinaciji s specializiranimi metodami priprave vzorcev je informativna metoda za preučevanje fazne morfologije polimernih zmesi. Glavna metodološka vprašanja elektronsko mikroskopske študije fazne morfologije so: stopnja informacijske vsebine raziskovalne metode, učinkovitost kontrastnih značilnih elementov mikrostrukture, utemeljitev izbire ključnih morfoloških parametrov in metod njihovega merjenja. Rešitev teh vprašanj v kombinaciji s poglobljenim razumevanjem fizikalno-kemijskih procesov tvorbe strukture preučevanega polimernega materiala bo prispevala k razvoju elektronske mikroskopije kot ene od metod, ki zagotavljajo informacije o razmerju "sestava-tehnologija-struktura". -lastnosti" v materialih na osnovi sistemov "termoreaktivna plastika-termoplast" ... Članek obravnava trenutno stanje elektronsko mikroskopskih študij fazne morfologije materialov na osnovi sintetičnih smol, modificiranih s termoplasti, in uporabo rezultatov teh študij. Vse mikrofotografije, predstavljene v delu, so avtorji članka pridobili med elektronsko mikroskopskimi študijami termoreaktivno-termoplastičnih sistemov (ker se članek ukvarja s splošnimi metodološkimi vprašanji, podatki o posameznih znamkah materialov niso podani).

Informativna vrednost študija strukture materialov

temelji na sistemih "termoset-termoplast" po metodi elektronske mikroskopije

Glavna informacija, ki jo zagotavlja elektronsko mikroskopska študija termoreaktivnih termoplastičnih sistemov, je vrsta fazne morfologije, geometrijske značilnosti faz in njihova prostorska porazdelitev. Morfologijo primarne faze (razpad na α- in β-fazo) raziskujemo s skenirajočo elektronsko mikroskopijo (SEM). Za to raven organiziranosti strukture materialov so znane nekatere korelacijske odvisnosti lastnosti od parametrov fazne morfologije. Zanimiva lastnost Oblikovanje strukture, predvideno na podlagi termodinamične analize ločevanja faz z uporabo Flory-Hugginsovega modela srednjega polja, je tvorba morfologije sekundarne faze med razpadom β-faze. Med razgradnjo β-faze nastane v kontinuirani fazi disperzija termoreaktivnih domen (γ-faza), obogatena s termoplastom (δ-faza). Morfologijo sekundarne faze raziskujemo s transmisijsko elektronsko mikroskopijo (TEM) na odsekih submikronske debeline, pripravljenih na mikrotomu. V znanstveni literaturi je le nekaj del, posvečenih preučevanju te ravni organizacije strukture, zato ni podatkov o vplivu parametrov morfologije sekundarne faze na lastnosti materialov. Na sl. 2 prikazuje mikrofotografije fazne morfologije epoksidne termoreaktivne plastike, modificirane s polisulfonom.

riž. 2. Primarni ( a) in sekundarno ( b) fazna morfologija sistema "termoreaktivno-termoplastični".

Informacijska vsebina elektronskih mikroskopskih študij se je zdaj znatno povečala zaradi uporabe analitične elektronske mikroskopije, ki je skupek metod, ki jih združuje skupna naloga - pridobivanje informacij o elementarni sestavi in ​​kemični strukturi faz. Uporaba rentgenske spektralne mikroanalize omogoča odkrivanje prostorske porazdelitve polimera v zmesi, če vsebuje kontrastne atome. Na primer, če je termoplastična komponenta termoreaktivnega termoplastičnega sistema polisulfon (vsebuje atome žvepla), potem bo raziskovalec lahko sklepal o porazdelitvi polisulfona iz intenzivnosti značilnega rentgenskega sevanja žveplovih atomov. Primer izdelave koncentracijskega profila žvepla v epoksi termoreaktivni smoli, modificirani s polisulfonom po metodi analitične transmisijske mikroskopije, je prikazan na sl. 3. Pokazano je, da značilne fazne tvorbe ustrezajo spremembi koncentracije žvepla vzdolž koordinata, kar omogoča določitev narave identificiranih strukturnih elementov. Prostorska ločljivost pri elementarni mikroanalizi sistema "termoset-termoplastika" se znatno poveča z uporabo metod transmisijske analitične elektronske mikroskopije. Skenirna analitična elektronska mikroskopija je bolj vsestranska in zagotavlja informacije o elementarni sestavi ne le za mikrostrukturne študije, ampak tudi za fraktografske študije.

riž. 3. Koncentracijski profil žvepla v epoksi termoreaktivni plastiki, modificirani s polisulfonom

Omejena uporabnost rentgenske spektralne mikroanalize za preučevanje polimernih materialov je posledica nizke občutljivosti te metode na elemente z nizkim atomskim številom (C, O, N itd.), nizke električne prevodnosti in nezadostne sevalno-termične stabilnosti. večina polimerov. Druga pomanjkljivost te metode je, da daje informacije samo o elementarni sestavi. Obetavna metoda, ki je brez številnih zgoraj opisanih pomanjkljivosti, je oblikovanje elektronsko mikroskopske slike na podlagi spektroskopskih podatkov o karakterističnih energetskih izgubah elektronov (EELE). Uporaba te metode zagotavlja informacije o kemični strukturi faz, omogoča brez posebne kontrastne priprave vzorcev odkrivanje faznih tvorb v polimernih mešanicah, sestavljenih le iz elementov z nizkim atomskim številom, in tudi znatno poveča natančnost kvantitativne elementarne analize takšni sistemi. V tem delu so s to metodo odkrili znake ločevanja mikrofaz v sistemu "bis (vinilfinil) etan-polifenilen oksid" in izdelali zemljevide porazdelitve kisika (in posledično faze, obogatene s polifenilenoksidom) s prostorskim ločljivost do 10 nm.

Posebne metode priprave vzorcev

za elektronsko mikroskopsko preiskavo

Glavna naloga priprave vzorcev je doseči najboljši kontrast med preučevanimi nehomogenostmi mikrostrukture materiala. Glede na metodo elektronske mikroskopije in zahtevane podatke o strukturno-faznem stanju sistema, različne metode kontrastno. Vzorce za študije TEM pripravimo z mikrotomijo. Najučinkovitejša sredstva za kontrastno obarvanje odsekov mikrotoma sta osmijev tetroksid OsO 4 in rutenijev tetroksid RuO 4. Osmijev tetroksid se uporablja za barvanje faz, ki vsebujejo komponente z nenasičenimi vezmi. Za kontrastiranje fazne morfologije termoreaktivnih termoplastičnih sistemov je RuO 4 učinkovitejši, saj intenzivno obarva komponente, ki vsebujejo eter, alkohol, aminske in aromatske skupine.

SEM globinska ostrina omogoča uporabo te metode za preučevanje vzorcev z razvitim površinskim reliefom. V zvezi s tem se za preučevanje fazne morfologije po metodi SEM izdelujejo čipi polimerne matrike pri temperaturi tekoči dušik... Dobljeni vzorci so primerni za grobo oceno medfazne adhezije in porazdelitve velikosti delcev dispergirane faze. V mnogih delih o kvantitativni analizi fazne morfologije se uporablja selektivno jedkanje s topili. Jedkanje z organskimi topili vodi do popolne odstranitve termoplastične faze in omogoča pridobitev elektronsko mikroskopske slike, primerne za neposredno stereometrično kvantitativno analizo. Druga priljubljena metoda priprave vzorcev za SEM je izdelava tankih rezov. V tem primeru, tako kot pri mikrotomažiranju, se študij fazne morfologije izvaja na dvodimenzionalnem rezu materiala, za določitev resničnih prostorskih morfoloških parametrov pa je treba izvesti določeno matematično obdelavo podatkov.

Parametri, določeni s kvalitativno in kvantitativno analizo

morfologija faze in njihov odnos z makroskopskimi lastnostmi materiala

Kvalitativni parameter fazne morfologije, na katerega imajo največji vpliv lastnosti sistema "sintetična smola-termoplastika" in parametri strjevanja tega sistema, je tip fazne morfologije. Ta parameter zagotavlja pomembne informacije o disipativnih lastnostih materiala. Dokazano je, da se v splošnem primeru lomna žilavost povečuje s prehodom iz razpršene morfologije v morfologijo s fazno inverzijo. Hkrati so ohranjeni podatki o optimalni vrsti fazne morfologije, pri kateri se hkrati doseže znatno povečanje lomne žilavosti in dragocene lastnosti termoreaktivnih spojin (visok modul, toplotna odpornost, odpornost na organska topila itd.). V delu je navedeno, da je optimalna kombinacija lastnosti dosežena, ko se oblikuje razpršena morfologija z največjim možnim volumskim deležem termoplasta, medtem ko je v delu navedeno, da je najučinkovitejša morfologija spanje-kontinuirana. Te študije kažejo na potrebo po nadzoru takšnega kvantitativnega morfološkega parametra, kot je prostorninski delež dispergirane faze termoplasta. Določanje tega parametra z metodo SEM je najbolj pravilno izvedeno na tankem odseku. Po prvem osnovnem stereometričnem razmerju je prostorninski delež faze v materialu enak deležu, ki ga zasedajo prečni prerezi faze v območju tankega preseka.

Drugi pomembni kvantitativni morfološki parametri so velikost in porazdelitev velikosti delcev faz. Neposredno merjenje teh parametrov se izvaja z nizkotemperaturnimi cepitvami polimerne matrice. Natančnejše vrednosti teh parametrov je mogoče dobiti s posebno matematično obdelavo podatkov, pridobljenih pri preučevanju tankih rezov ali mikrotomskih presekov. V delu je opisan algoritem matematične obdelave in model, na podlagi katerega se izvaja matematična obdelava. V delu je navedeno, da je optimalna kombinacija lastnosti modificirane termoreaktivne plastike dosežena, če je velikost dispergirane faze termoplasta v območju od 0,1 do 10 μm. Velikost delcev dispergirane faze termoplasta je odvisna od koncentracije termoplasta, temperaturnega režima strjevanja, uporabe kompabilizatorjev in številnih drugih dejavnikov. Z nastankom razpršene morfologije se velikost delcev termoplastične faze povečuje s povečanjem koncentracije termoplasta. Povečanje začetne temperature strjevanja lahko vodi do nasprotnih trendov velikosti delcev. Znanstvena literatura opisuje tako povečanje kot zmanjšanje velikosti delcev termoplastične faze s povečanjem začetne temperature strjevanja. To je posledica dejstva, da zvišanje temperature vodi do povečanja hitrosti kemične reakcije utrjevanja in do povečanja hitrosti ločevanja faz. Ti procesi vplivajo na velikost delcev dispergirane faze termoplasta na nasproten način in kateri proces se bo z naraščanjem temperature v večji meri intenziviral in določal fazno morfologijo strjenega polimernega matriksa. Številna dela kažejo, da tvorba morfologije z bi- ali polimodalno porazdelitvijo velikosti termoplastičnih delcev vodi do dodatnega povečanja disipativnih lastnosti materiala. Fazna morfologija s takšno porazdelitvijo velikosti delcev se lahko oblikuje ob skupni modifikaciji sintetične smole s termoplasti različnih kemičnih struktur ali pri visoki hitrosti reakcije strjevanja.

Določanje parametrov fazne morfologije daje pomembne informacije za fraktografske študije termoreaktivnih termoplastičnih sistemov. Trenutno so opisani kvalitativni mehanizmi povečanja disipativnih lastnosti polimernih matrik z razpršenimi termoplastičnimi delci in predlagani kvantitativni modeli utrjevanja. Glavni mehanizmi utrjevanja v termoreaktivnih plastičnih masah, modificiranih s termoplasti, vključujejo prekrivanje razpoke s termoplastičnimi delci, upogibanje okoli termoplastičnih delcev z razpoko ter nastanek strižnih trakov in mikrorazpok v matriksu. Mehanizem, ki najučinkoviteje poveča disipativne lastnosti polimerne matrice, se šteje za premoščanje razpok z delci dispergirane faze termoplasta, ki ga spremlja plastično raztezanje in lomljenje teh delcev. Ta mehanizem je realiziran z visoko medfazno adhezijo in nano velikimi delci termoplastične faze. Na sl. 4 prikazuje lomne površine polimerne matrice epoksidne termoreaktivne smole, modificirane s polisulfonom, s sokontinuirno fazno morfologijo. Na področju razpršene morfologije so značilni element strukture termoplastični delci, uničeni kot posledica plastične deformacije. Za področje morfologije fazne inverzije je značilen kompleksen relief prelomne površine, ki je posledica upogibanja rastoče razpoke okoli trdih delcev epoksidne termoreaktivne plastike in plastične deformacije neprekinjene faze termoplasta.

Glede na dejstvo, da se kot polimerne matrice sodobnih PCM uporabljajo termoreaktivno-termoplastični sistemi, je pomembno vprašanje sprememba fazne morfologije ob prisotnosti ojačitvenega polnila. Številna znanstveno-raziskovalna dela so posvečena sistematičnemu preučevanju vpliva kemične narave ojačitvenih polnilnih vlaken in stanja njihove površine na kvalitativne in kvantitativne parametre fazne morfologije. V delu je prikazano, da se okoli steklenih vlaken oblikuje plast, obogatena z epoksi termoreaktivno plastiko, kar negativno vpliva na disipativne lastnosti PCM. Okoli ogljikovih in aramidnih vlaken takšne plasti niso našli. Prispevek poroča o povečanju povprečne velikosti delcev dispergirane faze termoplasta v bližini vlaken ojačitvenega polnila. V delih je predlagan kvantitativni parameter spremembe fazne morfologije ob prisotnosti ojačitvenega polnila: število delcev dispergirane faze termoplasta na enoto površine na določeni razdalji od vlakna. Dokazano je tudi, da se koncentracija razpršenih termoplastičnih delcev v bližini vlakna poveča z aktivacijo njegove površine in je odvisna od kemične strukture termoplasta. Treba je opozoriti, da kljub raziskovalnemu delu, opravljenemu v tej smeri, trenutno ni oblikovana enotna ideja o učinku polnila na nastanek fazne morfologije.

riž. 4. Fazna morfologija epoksidne termoreaktivne smole, modificirane s polisulfonom ( a), in površina preloma v območju razpršene morfologije ( b) in fazno obrnjeno morfologijo ( v)

Predstavljeno delo odraža vlogo elektronsko mikroskopskih študij pri razvoju polimernih matrik na osnovi termoset-termoplastičnih sistemov za PCM z visoko odpornostjo na udarce in razpoke. Ker se pri nastajanju mikrostrukture, ki nastane kot posledica mikrofazne ločitve, doseže optimalna kombinacija lastnosti takšnih materialov, sta najpomembnejša vprašanja nadzor in spremljanje fazne morfologije. V prispevku so podani primeri informacij o strukturno-faznem stanju sistema, ki jih dobimo z elektronsko mikroskopsko preiskavo. Pokazalo se je, da trenutno elektronska mikroskopija omogoča ne samo preučevanje fazne morfologije na različnih hierarhičnih ravneh organizacije sistema, temveč tudi določanje elementarne sestave in kemične strukture faznih formacij z visoko prostorsko ločljivostjo. Opisani so trenutno dostopni koncepti nadzora morfoloških parametrov pri razvoju materialov na osnovi sintetičnih smol, modificiranih s termoplasti. Opisani so metodološki pristopi za merjenje parametrov, kot so prostorninski delež dispergirane faze termoplasta, povprečna velikost delcev in porazdelitev velikosti delcev. Podane so informacije o vplivu kvalitativnih in kvantitativnih parametrov fazne morfologije na lastnosti materiala. Svetovne in domače izkušnje pri uporabi rezultatov študij fazne morfologije za nadzor lastnosti PCM dokazujejo učinkovitost elektronske mikroskopije kot ene od metod, ki zagotavljajo informacije o razmerju "sestava-tehnologija-struktura-lastnosti" v materialih, ki temeljijo na termoset- termoplastični sistemi.

REFERENČNI LIST

1. Solodilov V.I., Gorbatkina Yu.A. Lastnosti enosmerne ogljikove plastike na osnovi epoksidne smole, modificirane s polisulfonom ali epoksiuretanskim oligomerom // Mehanika kompozitnih materialov in struktur. 2008. T. 14. št. 2. S. 217-227.
2. Zheleznyak V.G., Chursova L.V. Modifikacija veziv in matric na njihovi osnovi z namenom povečanja lomne žilavosti // Letalski materiali in tehnologije. 2014. št.1. S. 47-50.
3. Erasov V.S., Nuzhny G.A., Grinevič A.V., Terekhin A.L. Odpornost na razpoke letalskih materialov med preizkušanjem utrujenosti // Proceedings of VIAM. 2013. št.10. Umetnost.
4. Kablov E.N. Strateške usmeritve razvoja materialov in tehnologij za njihovo predelavo za obdobje do leta 2030 // Letalski materiali in tehnologije. 2012. Št. S. S. 7-17.
5. Kablov E.N. Kemija v letalski znanosti o materialih // Russian Chemical Journal. 2010. T. LIV. # 1. S. 3-4.
6. Kablov E.N. Šesti tehnološki red // Znanost in življenje. 2010. št.4. S. 2-7.
7. Budylin N.Yu., Shapagin A.V., Chalykh A.E., Khasbiullin R.R. Modeliranje nastanka gradientnih razpršenih struktur v mešanicah termo- in termoreaktivnih plastičnih mas // Plastična masa. 2011. št.3. S. 51-56.
8. Zhang Y. et al. Dinamično asimetrično fazno ločevanje in tvorba morfološke strukture v mešanicah epoksi/polisulfonov // Makromolekule. 2011. V. 44. št. 18. P. 7465-7472.

10. Kablov E.N., Kondrashov S.V., Yurkov G.Yu. Možnosti uporabe nanodelcev, ki vsebujejo ogljik, v vezivih za polimerne kompozitne materiale // Ruske nanotehnologije. 2013. T. 8. št. 3–4. S. 24–42.
11. Gulyaev A.I. Raziskovanje polimernih materialov z rentgensko foto-elektronsko spektroskopijo // Proceedings of VIAM. 2013. št.7. Umetnost.
12. Zhuravleva P.L., Zaitsev D.V. Raziskovanje strukture ogljikovih vlaken z uporabo difrakcijskih metod // Letalski materiali in tehnologije. 2012. Št. S. S. 448–455.
13. Gulyaev A.I., Iskhodzhanova I.V., Zhuravleva P.L. Uporaba metode optične mikroskopije za kvantitativno analizo strukture PCM // Trudy VIAM. 2014. št.7. Umetnost.
14. Deev I.S., Kablov E.N., Kobets L.P., Chursova L.V. Preiskava deformacije mikrofazne strukture polimernih matrik pod mehansko obremenitvijo z metodo skenirne elektronske mikroskopije // Trudy VIAM. 2014. št.7. Umetnost.

16. Zhang Y. et al. Vseprisotna narava tvorbe troslojne strukture pri asimetrični fazni ločitvi epoksitermoplastičnih mešanic // Polimer. 2012. V. 53. št. 2. str. 588-594.
17. Mimura K. et al. Izboljšanje toplotnih in mehanskih lastnosti z nadzorom morfologije v PES-modificiranih epoksi smolah // Polimer. 2000. V. 41. št. 12. P. 4451-4459.
18. Mezhikovskiy S.M., Irzhak V.I. Kemijska fizika utrjevanja oligomerov. M .: Znanost. 2008.269 str.
19. Polimerne mešanice. T. 1. Sistematika: Per. iz angleščine / Ed. D.R. Paul, K.B. Bucknell. SPb .: Znanstvene osnove in tehnologije. 2009.618 s.

21. Rosenberg B.A. Mikrofazno ločevanje pri utrjevanju večkomponentnih polimer-oligomernih sistemov // Russian Chemical Journal. 2001 T. XLV. št. 5-6. S. 23–31.
22. Wilkinson S.P. et al. Vpliv spremenljivk termoplastičnega modifikatorja na kaljenje bismaleimidne matrične smole za visoko zmogljive kompozitne materiale // Polimer. 1993. V. 34. št. 4. str. 870–884.


25. Cano L. et al. Morfološka in mehanska študija nanostrukturiranih epoksi sistemov, modificiranih z amfifilnim poli (etilen oksid-b-propilen oksid-b-etilen oksid) triblok kopolimerom // Polimer. 2014. V. 55. št. str. 738-745.


28. Poncet S. et al. Spremljanje ločevanja faz in napredovanja reakcije in situ v termoplastičnih/epoksi mešanicah // Polimer. 1999. V. 40. št. 24. str. 6811-6820.
29. Chalykh A.E., Aliev A.D., Rubtsov A.E. Mikroanaliza elektronske sonde pri preučevanju polimerov. M .: Znanost. 1990.192 s.
30. Chalykh A.E. in drugo Analitična elektronska mikroskopija pri proučevanju strukture cepljenih polimerov // Visokomolekularne spojine. Ser. A. 2010. T. 52. št. 4. S. 653–658.





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

38. Polimerne mešanice. T. 2: Funkcionalne lastnosti: Per. iz angleščine / Ed. D.R. Po-la, K.B. Bucknell. SPb .: Znanstvene osnove in tehnologije. 2009. 606 str.

1. Solodilov V.I., Gorbatkina Ju.A. Svojstva odnonapravlennyh ugleplastikov na osnovi jepoksidne smoly, modificirane polisul "fonom ali jepoksiuretanovym oligomerom // Mehanika kompozicionnih materialov in konstrukcij. 2008. T. 14. št. 2. S. 217–227.
2. Železnjak V.G., Chursova L.V. Modifikacija svjazujushhih i matric na ih osnove 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. Treshinostojkost "aviacionnih materialov v procesu testiranja na ustalost" // Trudy VIAM. 2013. št.10. sv.
4. Kablov E.N. Strateško upravljanje razvoja materialov in tehnologij pererabotki v obdobju do 2030 let // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2012. Št. S. S. 7-17.
5. Kablov E.N. Himija v aviacionnem 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. št.3. S. 51-56.
8. Zhang Y. et al. Dinamično asimetrično fazno ločevanje in tvorba morfološke strukture v mešanicah epoksi/polisulfonov // Makromolekule. 2011. V. 44. št. 18. P. 7465-7472.
9. Liu Y. S polimerizacijo povzročena fazna ločitev in posledično termomehanske lastnosti termoreaktivnih/reaktivnih nelinearnih polimernih mešanic: pregled // Časopis uporabne znanosti o polimerih. 2013. V. 127. št. 5. P. 3279-3292.
10. Kablov E.N., Kondrašov 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. št.7. sv..
12. Žuravleva P.L., Zajcev D.V. Issledovanie struktury uglerodnyh volokon s primeneniem difrakcionnyh metodov // Aviacionnye materialy i tehnologii. 2012. Št. 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. št.7. sv..
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. št.7. sv..
15. Huang K. et al. Priprava svetlega strjevalnega sredstva na osnovi kardanola in kompozita epoksidne smole: ločitev faz, ki jo povzroča strjevanje, in njen učinek na lastnosti // Napredek v organskih premazih. 2012. V. 74. št. 1. str. 240-247.
16. Zhang Y. et al. Vseprisotna narava tvorbe troslojne strukture pri asimetričnem faznem ločevanju epoksitermoplastičnih mešanic // Polimer. 2012. V. 53. št. 2. str. 588-594.
17. Mimura K. et al. Izboljšanje toplotnih in mehanskih lastnosti z nadzorom morfologije v PES-modificiranih epoksi smolah // Polimer. 2000. V. 41. št. 12. P. 4451-4459.
18. Mezhikovskij S.M., Irzhak V.I. Himična fizika 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. Reakcijsko povzročeno ločevanje faz v modificiranih termoreaktivnih polimerih // Napredek v znanosti o polimerih. 1997. V. 128. str. 95-156.
21. Rozenberg B.A. Mikrofazovoe razdelenie v otverzhdajushhihsja mnogokomponentnyh polimer-oligomernyh sistemov // Rossijskij himicheskij zhurnal. 2001. T. XLV. št. 5-6. S. 23-31.
22. Wilkinson S.P. et al. Vpliv spremenljivk termoplastičnega modifikatorja na kaljenje bis-maleimidne matrične smole za visoko zmogljive kompozitne materiale // Polimer. 1993. V. 34. št. 4. str. 870–884.
23. Zhang J. et al. Študija termoplastično modificiranih večnamenskih epoksidov: Vpliv hitrosti segrevanja na obnašanje strjevanja in ločitev faz // Composites Science and Technology. 2009. V. 69. št. 7–8. str. 1172-1179.
24. Rico M. et al. Fazno ločevanje in razvoj morfologije v termoplastično modificiranem kaljenem epoksidu // European Polymer Journal. 2012. V. 48. št. 10. P. 1660-1673.
25. Cano L. et al. Morfološka in mehanska študija nanostrukturiranih epoksi sistemov, modificiranih z amfifilnim poli (etilen oksid-b-propilen oksid-b-etilen oksid) triblok kopolimerom // Polimer. 2014. V. 55. št. str. 738-745.
26. Cong H. et al. Tvorba nanostruktur v termosetih, ki vsebujejo blok kopolimere: od samosestavljanja do reakcijsko povzročenega mehanizma ločevanja mikrofaz // Polimer. 2014. V. 55. št. str. 1190-1201.
27. Min H.S. et al. Lomna žilavost polisulfona / epoksi semi-IPN z morfološkim spektrom // Polymer Bulletin. 1999. V. 42. št. 2. str. 221-227.
28. Poncet S. et al. Spremljanje ločevanja faz in napredovanja reakcije in situ v termoplastičnih/epoksi mešanicah // Polimer. 1999. V. 40. št. 24. str. 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. št. 4. S. 653-658.
31. Heitzmann M.T. et al. Tehnike mikroanalize za raziskovanje interfaz, ki nastanejo med termoreaktivnimi in termoplastičnimi polimeri: skenirna elektronska mikroskopija in energijsko disperzivna rentgenska analiza // Ključni inženirski materiali. 2011. št. 471–472. str. 309-314.
32. Liao Y. et al. Reakcijsko povzročena fazna razgradnja termoset/termoplastičnih mešanic, raziskana s transmisijsko elektronsko mikroskopijo s filtriranjem energije // Polimer. 2007. V. 48. št. 13. P. 3749-3758.
33. Mezzenga R. et al. Morfološka tvorba v dendritični hiperrazvejeni polimer modificirani epoksi smoli: modeliranje in karakterizacija // Polymer. 2001. V. 42. št. str. 305-317.
34. Tribut L. et al. Reološko obnašanje termoreaktivnih/termoplastičnih mešanic med izotermnim utrjevanjem: Eksperimenti in modeliranje // Polimer. 2007. V. 48. št. 22. P. 6639-6647.
35. Fernandez-Francos X. et al. Novi termoseti na osnovi DGEBA in hiperrazvejanih polimerov, modificiranih z vinilnimi in epoksi končnimi skupinami // Reaktivni in funkcionalni polimeri. 2010. V. 70. št. 10. str. 798–806.
36. Saltykov S.A. Stereometrična metalografija. M .: Met-alurgija. 1976.270 s.
37. Kulkami A.S., Beaucage G. Reakcijsko povzročena ločitev faz, nadzorovana z molekularno topologijo // Polymer. 2005. V. 46. št. 12. P. 4454-4464.
38. Polimernye smesi. T. 2: Funkcionalna "nye svojstva: Per. S angl. / Pod red. D. R. Pola, K. B. Baknella. SPb .: Nauchnye osnovy i tehnologii. 2009. 606 s.
39. Pearson R.A., Yee A.F. Mehanizmi kaljenja v termoplastično modificiranih epoksidih: 1. Modifikacija z uporabo poli (fenilen oksida) // Polimer. 1993. V. 34. št. 17. P. 3658-3670.
40. Turmel D.J.-P., Partridge I.K. Heterogena fazna ločitev okoli vlaken v mešanicah epoksi/PEI in njen učinek na odpornost kompozita na razslojevanje // Composites Science and Technology. 1997. V. 57. št. 8. str. 1001-1007.
41. Varley R. J., Hodkin J. H. Vpliv ojačitvenih vlaken na morfologijo kaljenega epoksi/aminskega sistema // Polimer. 1997. V. 38. št. 5. str. 1005-1009.
42. Olmos D., Gonzalez-Benito J. Vizualizacija morfologije na interfazi epoksi-termoplastičnih polimernih kompozitov, ojačanih s steklenimi vlakni // European Polymer Journal. 2007. V. 43. št. 4. str. 1487-1500.
43. Zhang J. et al. Interfazna študija termoplastičnih modificiranih epoksi matričnih kompozitov: Fazno obnašanje okoli posameznega vlakna, na katerega vplivata hitrost segrevanja in površinska obdelava // Kompoziti: del A. 2010. V. 41. št. 6. str. 787-794.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študentje, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki uporabljajo bazo znanja pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

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

Modeliranje deformacije kompozitov

Uvod

Zaradi prisotnosti velikega števila cementarn v Ukrajini je armirani beton in njegove modifikacije eden glavnih gradbeni materiali za hidravlične konstrukcije.

Armirani beton s pogosto pravilno razporeditvijo jeklenih palic v dveh ali treh smereh lahko obravnavamo kot kompozitni armirani material z anizotropijo, to je odvisnostjo mehanskih lastnosti od smeri delovanja sil, ki je posledica armature in nelinearnosti deformacije, povezane z razpokanjem, plastične lastnosti betona in jekla. V hidravličnem inženiringu se pogosto uporablja koncentrirana postavitev armature v raztegnjenem območju, zato bodo konstrukcije te vrste predmet nadaljnje študije.

Kompozitni materiali se pogosto uporabljajo v različne industrije sodobna tehnologija. Nadaljnji napredek pri razvoju številnih področij gradbeništva je v veliki meri povezan s povečanjem deleža uporabe tovrstnih materialov, pri ustvarjanju nove in posebne opreme pa postane njihova vloga odločilna. Zahteve po optimalnem načrtovanju, zmanjšanju časovnih in materialnih stroškov za eksperimentalni razvoj so določile velik interes za izboljšanje metod za napovedovanje deformacijskih in trdnostnih lastnosti kompozitov.

Po drugi strani pa razvoj mehanike deformabilnega trdnega telesa poteka po poti povečevanja kompleksnosti preučevanih modelov in oblikovanja problemov. Na podlagi modelnih konceptov mehanike lahko kompozitni material definiramo kot nehomogen medij, ki ga opisujejo hitro nihajoče funkcije materiala, prekinjene v koordinatah, ki se praviloma štejejo za periodične ali naključno homogene. Potreba po razvoju metod za reševanje diferencialnih enačb s takšnimi koeficienti je privedla do pojava relativno novega področja matematičnih raziskav - teorije povprečenja delnih diferencialnih operaterjev, ki omogoča rešitev izvirnega problema z uporabo enostavnejše diferencialne enačbe, imenovane povprečne.

Problem izračunavanja koeficientov povprečnih enačb, ki ga v mehaniki kompozitov poznamo kot problem napovedovanja efektivnih lastnosti, je eden osrednjih, saj odpira možnost sinteze materialov z vnaprej določenim naborom lastnosti, ki najbolj ustrezajo specifičnim lastnostim. pogoji delovanja. Tako je vsakemu nehomogenemu mediju dodeljen določen anizotropni medij z učinkovitimi lastnostmi, za katerega je priročno izvajati izračune struktur in delov iz kompozitnih materialov z uporabo dobro znanih matematičnih metod mehanike trdnih snovi.

Hkrati študija mehanskega obnašanja konstrukcijskih elementov ob upoštevanju koncentracije napetostnih in deformacijskih polj, nehomogenih znotraj vsakega od njih, omogoča ne le neposredno določitev učinkovitih lastnosti, temveč tudi obsežne informacije o naravi in značilnosti deformacije in loma materialov, odvisno od realne strukture kompozitov in njihovih komponent.

V tem delu je bila posebna pozornost namenjena analizi rezultatov teoretičnih in eksperimentalnih študij disipativnih procesov neelastične deformacije in loma anizotropnih strukturno nehomogenih teles. Veliko pozornosti se posveča preučevanju zakonitosti nadkritične stopnje deformacije, med izvajanjem katere material izgubi svojo nosilnost ne takoj, ampak postopoma, kar se odraža v diagramu deformacije v obliki padajoče veje.

Ta mehanski pojav (prej znan) je bil odkrit pri reševanju problemov mehanike elastoplastične deformacije kompozitnih materialov ob upoštevanju strukturne okvare.

Vendar pa je želja po ustreznem opisu obnašanja konstrukcij in optimalni zasnovi strukture ustvarjenih kompozitnih materialov z vidika lomne odpornosti privedla do potrebe po upoštevanju stopnje mehčanja (v fazi postavitve problema). ) v konstitutivnih razmerjih in preuči pogoje nadkritične deformacije strukturnih elementov v sestavi kompozita.

Prispevek obravnava pristop, pri katerem se uničenje nehomogenih teles obravnava kot posledica izgube stabilnosti deformacijskih procesov v nadkritični fazi, ki jo spremlja strukturno uničenje. Novi matematični modeli omogočajo na naraven način opisovanje stopenj kopičenja razpršene poškodbe, lokalizacije loma, pa tudi združevanja uničenih con, ob upoštevanju plastičnih deformacij v nehomogenih anizotropnih medijih s posebnimi funkcijami stanja materiala, prehod v nestabilno stopnjo lahko modeliramo z uporabo kriterijev za stabilnost kopičenja poškodb in zapišemo energijske odnose mehanike loma s pomočjo parametrov padajočih vej popolnih deformacijskih diagramov. Članek raziskuje koncept obremenitvenega sistema in njegov vpliv na stabilnost disipativnih procesov. Predstavljena so nekatera vprašanja teorije stabilne nadkritične deformacije. Problem povprečenja, tradicionalen za mehaniko kompozitov, je obravnavan v novih vidikih, povezanih s širitvijo fizične baze uporabljenih matematičnih modelov.

1. Modeliranje deformacije in loma kompozitnih materialov

Metode za napovedovanje učinkovitih elastičnih lastnosti sodobnih kompozitov so dobro razvite. Rezultati, doseženi v linearni teoriji elastičnosti pri napovedovanju efektivnih lastnosti, in spremljajoči rezultati pri določanju polj mikronapetosti in mikrodeformacij so dobra osnova za preučevanje elastoplastičnih in trdnostnih lastnosti mikronehomogenih materialov. Prizadevanje za popolnejšo izrabo nosilnosti kritičnih konstrukcij neizogibno vodi v potrebo po obsežnih študijah pred konstrukcijo kompleksnih modelov deformacije in loma realnih materialov v kompleksnem napetostnem stanju in nelinearnih lastnostih konstrukcijskih elementov.

1.1 Neelastična deformacija kompozitov in njihova strukturna okvara

Mehanski mikro- in makroskopski procesi v nehomogenih materialih so bili dovolj podrobno proučeni v okviru determinističnih in statističnih modelov kompozitne mehanike. Prednost statističnih modelov je, da to seveda upoštevajo pomemben dejavnik realna struktura kompozitov, kot naključnost medsebojne razporeditve elementov in statistični razpršenost njihovih lastnosti. Vendar pa v statistični mehaniki kompozitov ostaja odprto vprašanje popolnejšega v primerjavi z enotočkovnimi približki ob upoštevanju interakcije več delcev komponent. Zato je v veliki večini del v tej smeri analiza napetostno-deformacijskega stanja kompozitov omejena na izračun povprečnih deformacijskih polj po komponentah. Izračun drugih statističnih značilnosti deformacijskih polj za primere anizotropne in kombinirane obremenitve ter konstrukcija rešitev nelinearnih mejnih problemov za procese kopičenja plastičnih deformacij in poškodb v komponentah kompozitov ob upoštevanju nehomogenosti deformacijskih polj, je še posebej pomembna pri problemih napovedovanja trdnostnih lastnosti.

Značilno je, da se lastnosti kompozitnih materialov lahko bistveno razlikujejo od lastnosti sestavnih komponent. Na primer, odsotnost plastičnih sprememb v volumnu strukturnih elementov lahko spremlja plastična sprememba volumna kompozita, utrjevalni material je mogoče ustvariti iz idealno plastičnih komponent, visoko utrjen material je mogoče ustvariti iz šibko utrjenih komponent , itd To kaže na kompleksnost in raznolikost obravnavanega pojava, katerega teoretični opis zahteva razvoj posebnih pristopov in matematičnih modelov.

fizični pojav elastično-plastičnega obnašanja kompozitnih materialov in, kar je najpomembneje, potreba po njegovem preučevanju sta bila odkrita že dolgo pred nastankom ustrezne matematične teorije. Zato so se številni raziskovalci sredi šestdesetih let posvetili analizi obnašanja materialov z uporabo preprostih modelov. Za približek neelastične deformacije enosmernega kompozita pod napetostjo čez vlakna smo uporabili model v obliki niza vzporednih sestavnih elementov. Nekateri znanstveniki so uporabili model koaksialnih valjev, pri čemer so predpostavili najpreprostejše napetostno stanje matričnega materiala. Uporabljena je bila aproksimacija realnega materiala z neskončnim medijem z enim samim ojačitvenim elementom, ki se nahaja v njem. Številne tehnike, ki so še vedno v uporabi, temeljijo na pravilu mešanice, ki predpostavlja homogenost napetostnega ali deformacijskega polja. Različne spremembe tega pravila omogočajo doseganje soglasja s eksperimentalnimi podatki.

Do danes so bile zaradi uporabe numeričnih metod mehanike deformabilnega trdnega telesa in nekaterih novih pristopov, razvitih neposredno za strukturno nehomogena telesa, pridobljene rešitve številnih problemov neelastične deformacije ob upoštevanju kompleksne narave porazdelitve napetosti. in obremenitve v strukturnih elementih. Kompozitni materiali, ki veljajo za homogene z učinkovitimi lastnostmi, so glede na strukturo lahko izotropni ali anizotropni, tudi če so sestavljeni samo iz izotropnih komponent. Pri oblikovanju problemov določanja učinkovitih lastnosti anizotropnih kompozitnih materialov je treba izbrati teorijo plastičnosti anizotropnega telesa, ki omogoča ustrezno opisovanje obnašanja enakovrednega homogenega medija.

Predlaganih je bilo veliko različnih različic deformacijske teorije plastičnosti in teorije toka. Veliko pozornosti namenjamo določanju števila in strukture neodvisnih invariant danega niza tenzorjev. Obravnavano vprašanje se zdi zelo pomembno za mehaniko kompozitov, vendar nam izjemno omejeno število del o eksperimentalnem preučevanju zakonitosti deformacije anizotropnih materialov v pogojih kompleksnega napetostnega stanja ne omogoča popolne ocene stanja. zanesljivost in splošnost ene ali druge različice teorije plastičnosti anizotropnih medijev.

Preučevanje elastoplastičnega obnašanja anizotropnih kompozitov, kot so vlaknasti enosmerni in prostorsko ojačani, plasteni s homogenimi in nehomogenimi plastmi, je precej težaven problem. Reševanje problemov v mehaniki kompozitov za te materiale poteka predvsem v nekaterih najpreprostejših primerih napetostnega stanja, kar je seveda nedvomni znanstveni dosežek. Vendar pa takšne rešitve običajno ne omogočajo konstruiranja vseh materialnih funkcij, ki opisujejo obnašanje kompozita v poljubnem kompleksnem napetostno-deformacijskem stanju v okviru izbrane teorije plastičnosti anizotropnega telesa.

Neelastična deformacija plastnih kompozitov pod enoosno napetostjo vzdolž plasti je bila raziskana pod napetostjo čez plasti. obravnava se obnašanje kompozita v ravninskem napetostnem stanju, ko sile, ki se raztezajo v dveh smereh, ležijo v ravnini, vzporedni s plastmi. Treba je opozoriti, da je bil pomemben del rezultatov pridobljen brez upoštevanja medplastnih interakcij. Jasno je, da se lahko takšna poenostavitev v nekaterih primerih izkaže za pregrobo. To potrjuje dejstvo, da do uničenja laminiranih struktur pogosto pride z razslojevanjem.

Nelinearna narava razmerja med napetostmi in deformacijami kompozitnih materialov je lahko posledica ne le plastične deformacije in se pojavlja tudi v primeru linearno elastičnih komponent. To je posledica dejstva, da je pred popolnim (makroskopskim) uničenjem kompozitnih izdelkov zapleten proces uničenja posameznih strukturnih elementov. Študija tega procesa je pomembna ne le za analizo pogojev za nastanek makroskopske razpoke, temveč tudi za preučevanje obnašanja materiala pod obremenitvijo.

Vsako dejanje strukturnega uničenja spremlja prerazporeditev napetosti v elementih kompozita, kar vodi do nadaljevanja ali prenehanja uničenja pri dani ravni zunanje obremenitve.

Konstrukcija modelov neelastične deformacije kompozitnih materialov ob upoštevanju teh procesov postavlja kot glavna vprašanja izbire meril za strukturno uničenje in opisovanja preostalih deformacijskih in trdnostnih lastnosti elementov nehomogenega medija po izpolnitvi določenih pogojev njihovega uničenja. V tem primeru je pomembno, da se element sestavljene strukture lahko uniči z različnimi mehanizmi. Na primer, v primeru ojačanega monosloja je možno razpokanje ali razslojevanje matrice, cepljenje, lomljenje ali vlečenje vlaken itd. Ti in drugi mehanizmi za spreminjanje nosilnosti konstrukcijskega elementa so identificirani z eno ali drugo shemo za spreminjanje njegovih lastnosti togosti.

Kot že omenjeno, je pri preučevanju kompozitnih materialov potrebna uporaba verjetnostnih konceptov in aparature teorije naključnih funkcij zaradi naključne narave lastnosti, medsebojne razporeditve strukturnih elementov in posledično stohastični proces njihovega uničenja.

Tako je med drugimi problemi v mehaniki kompozitnih materialov razvoj nelinearnih modelov obnašanja kompozitov ob upoštevanju uničenja strukturnih elementov in razvoj metod za reševanje problemov neelastične deformacije za različne primere kompleksne napetostno deformacije. stanje so nujne.

1.2 Fenomenološki modeli mehanike loma

V naravoslovnih in uporabnih znanostih obstajata dva pristopa k gradnji teorij - fenomenološki in strukturni. Fenomenološki modeli so zgrajeni na podlagi empiričnih podatkov o obnašanju predmeta. V tem primeru ni postavljena naloga razlage ali popolnega opisa bistva pojavov. Strukturni pristop je sestavljen iz razvoja modelov, ki omogočajo opisovanje in razlago pojavov na podlagi notranje strukture obravnavanih predmetov. Ti pristopi so tesno povezani in se morajo medsebojno bogatiti. Konstrukcija nelinearnih modelov obnašanja medija z učinkovitimi lastnostmi za opis deformacije kompozita, ki jo spremlja uničenje strukturnih elementov, ustreza metodologiji fenomenološkega opisa.

Nujnost in uporabnost fenomenoloških teorij je utemeljil V.V. Novozhilov. V tem primeru je dovoljeno vzpostaviti različnih ravneh fenomenološki opis. Na primer, kopičenje poškodb je mogoče modelirati z upoštevanjem sistema diskovnih razpok ali por v neprekinjenem mediju. L.M. Kačanov in Yu.N. Rabotnov je uvedel parameter poškodbe (ali nasprotno - kontinuiteto), določen s površino razpok na enoto površine prečni prerez telo. Hkrati se ta parameter ne sme identificirati z nobeno značilnostjo posebnih napak in poškodb, če je vključen v razmerja, ki povezujejo povprečne vrednosti. To je naravno, ko je pri določanju materialnih funkcij modela mogoče brez neposrednih mikrostrukturnih študij, na primer merjenja območja diskontinuitet.

Fenomenološki pristop k modeliranju poškodb materialov je v opisu nastanka notranjih diskontinuitet z uporabo nekaterih funkcij stanja materiala. Ta ideja se je odražala v znana dela A.A. Iljušin, V.V. Bolotin, V.P. Tamuzha in A. Zh. Lagedinsha. Razvit je bil zahvaljujoč prizadevanjem številnih drugih raziskovalcev in je bil osnova za ustvarjanje mehanike poškodovanega neprekinjenega medija, znotraj katerega je poškodba materiala opredeljena kot vsaka mikrostrukturna sprememba, ki vodi do kakršne koli spremembe mehanskih lastnosti.

Trenutno je znano veliko število skalarnih in tenzorskih značilnosti poškodb. Utemeljene so glavne določbe tridimenzionalne teorije anizotropne poškodbe in ustrezni tenzorski modeli.

Proces uničenja strukturno nehomogenih medijev ima večstopenjski značaj. Najbolj izrazita stopnja je volumetrična ali difuzna destrukcija, ki je povezana z volumetričnim kopičenjem stabilnih mikrorazpok in, ko je dosežena mejna koncentracija, prehaja skozi povečanje in zlivanje na naslednjo skalairano raven. Poleg tega je prikazano, da so efektivne deformacijske karakteristike odvisne od korelacijskega polmera naključnega niza napak. Naravno je domnevati, da narava medsebojnega delovanja mikropoškodb določa tudi pogoje za makrofrakturo nehomogenega medija in posledično njegove trdnostne lastnosti.

Večnivojska narava oblikovanja reakcije materiala na zunanje mehanske obremenitve vnaprej določa možnost večstopenjskega fenomenološkega opisa. Vsaka strukturna raven je povezana z določenim sistemom elementov heterogenosti (naravnih ali posledica poškodb). Analiza napetosti in deformacij, uvedenih na strukturni ravni kot povprečne količine, služi kot sredstvo za preučevanje mehanskega obnašanja materiala v okviru ustrezne ravni fenomenologije. Dvonivojsko obravnavanje procesov deformacije in loma je osnova Davidenkov-Fridmanove klasifikacije in strukturno-fenomenološkega pristopa v mehaniki kompozitov.

Za mehaniko kompozitov je zelo pomemben problem opisovanja prehoda iz mikro- v makrofrakture. Hkrati pa obstaja veliko različnih začetnih predpogojev in metod za ocenjevanje trdnosti z vidika konstrukcijske mehanike. V pričujočem delu je razvit pristop, po katerem se makrofraktura obravnava kot posledica izgube stabilnosti procesa deformacije, povezanega s kopičenjem poškodb. Proces obremenitve elastoplastičnega sistema postane nestabilen, če katastrofalni razvoj premikov in deformacij ustreza poljubno majhnemu nadaljevanju tega procesa. V delu A.A. Iljušin. Vsi fizikalni procesi, ki se pojavljajo v materialu pod obremenitvijo, se odražajo v diagramih polnih deformacij, pri čemer padajoči odseki teh diagramov ustrezajo posameznim stopnjam uničenja.

Možnost pojava padajočega odseka na diagramu zaradi procesa razpok in poškodb je bila zabeležena v S.D. Volkov. Ta značaj obnašanja materiala na zadnji stopnji deformacije materiala je v mnogih primerih povezan z nastankom ali razvojem makrodefekta. V zvezi s tem se poleg eksplicitnega opisa razpoke v deformabilnem telesu zdi obetavna fenomenološka smer mehanike loma, ki opisuje obnašanje materiala v fazi nastanka in rasti makrorazpoke. To smer je dal pobudnik S.D. Volkov. Uporaba tega pristopa je povezana s predpostavko, da je mehansko obnašanje poljubno majhnega volumna materiala ob prisotnosti diskontinuitet, sorazmernih z njegovimi dimenzijami, podobno obnašanju makrovzorca v končni fazi deformacije. To do določene mere odraža samopodobnost procesa uničenja.

Po hipotezi o makrofizični določljivosti A.A. Iljušina, lahko vsaki točki medija dodelimo makrovzorec v obliki telesa končnih dimenzij, ki je v enotnem napetostno-deformacijskem stanju in na katerem se načeloma lahko vsi procesi, ki se odvijajo na upodobljeni točki medija. študiral.

Navedeno ujemanje je mogoče ugotoviti na naslednji način: premiki mej delovnega območja namišljenega idealnega homogenega vzorca ee materiala, ki zapolnjuje elementarni deformabilni volumen, v pogojih enakomernega napetostnega stanja pri enakih obremenitvah, morajo sovpadati s premiki meja delovne cone poskusnega vzorca na vseh stopnjah deformacije, vključno s stopnjami nastanka in rasti makrorazpok. Na podlagi teh predpostavk je mogoče uporabiti fenomenološke enačbe in kriterije, sprejete v mehaniki deformabilnega trdnega telesa.

Obstaja določena analogija in podobnost med pristopi mehanike širjenja razpok in fenomenološke mehanike loma. Zlasti v okviru prve teorije so obravnavani podkritični diagrami loma, ki so odvisnosti med povprečno natezno napetostjo v nepoškodovanem prerezu preskušanca in dolžino razpoke pri različnih začetnih vrednostih. Lokus kritičnih (ki ustreza dinamični rasti razpok) točk posameznih krivulj se imenuje diagram kritičnega loma. Seveda pri preskušanju gladkih vzorcev kritična točka ustreza končni trdnosti.

Brez eksplicitnega upoštevanja razpok in razpok ter opisovanja obnašanja materiala z uporabo padajoče veje deformacijskega diagrama lahko sklepamo, da je v resnici tudi kritični diagram, saj je mesto kritičnih točk za vzorce z različnimi stopnjami. poškodb, ki nastanejo kot posledica ravnotežne deformacije do te ali druge stopnje in kasnejšega elastičnega razbremenitve.

Pri opisu podkritične rasti defekta se uporablja tudi pristop J.R. Irwina, ki je v tem, da upoštevamo odvisnost loma R od dolžine razpoke kot značilnosti odpornosti proti rasti razpoke. Če v okviru fenomenološkega pristopa delo uničenja razumemo kot disipacijo energije, povezano s procesom kopičenja poškodb, ga je mogoče izračunati z uporabo deformacijskega diagrama v katerem koli intervalu deformacije. Nastala grafična odvisnost dela loma od deformacije ima podoben značaj R-krivuljam, ki jih poznamo v mehaniki loma.

Fenomenološki pristop omogoča, da ne naletimo na težave pri modeliranju kompleksne geometrije resničnih razpok in razpok v poškodovanih strukturno nehomogenih medijih in določanju površine loma, ki je zapleteno zaradi neomejenega povečanja s podrobnejšim preučitvijo. Hkrati omogoča opisovanje vseh stopenj poškodb, vključno s prehodom v nestabilno stopnjo, s funkcijami stanja materiala ter uporabo energijskih razmerij mehanike loma in popolnih diagramov deformacije materiala.

1.3 Superkritična faza deformacije materiala

Superkritična deformacija strukturno nehomogenih medijev, ki so nagnjeni k uničenju različne narave pri mehanski stres, je eden od pomembnih mehanskih procesov, ki zahtevajo posebne raziskave. Kritično napetostno-deformacijsko stanje ustreza trenutku doseganja največjih vrednosti napetosti za dani material pod danimi pogoji, za postkritično stopnjo pa je značilno zmanjšanje stopnje napetosti s progresivnimi deformacijami. Opažena lastnost mehanskega obnašanja je značilna za kovine, tako za povezavo pogojnih in resničnih napetosti in deformacij, geološke, keramične, polimerne in kompozitne], kot tudi za druge materiale.

Material na superkritični stopnji deformacije ne izpolnjuje Druckerjevega postulata in je razvrščen kot reološko nestabilen. Vendar pa je veliko resničnih materialov ustrezno opisanih z modeli reološko nestabilnih materialov. V tem primeru se namesto zahteve po reološki stabilnosti postavlja načelo stabilnosti za telo kot celoto: stanje materiala je uresničljivo, če je v tem stanju del stabilnega mehanskega sistema.

Izboljšanje modelov materialov za opis kopičenja poškodb na nadkritični stopnji deformacije je pomembna naloga v mehaniki kompozitov. Izboljšano načrtovanje konstrukcij z uporabo celotnih diagramov zahteva poleg tega razvoj metod za reševanje mejnih problemov ob upoštevanju zmehčanja materiala in pridobivanja pogojev za stabilnost postkritične deformacije v oslabljenih conah.

Seveda mora to temeljiti na učinkovitih eksperimentalnih metodah za konstruiranje ravnotežnih deformacijskih diagramov.

teoretično utemeljil izvedljivost stanj materiala, ki ustrezajo padajoči veji deformacijskega diagrama. Na podlagi Hadamardovih in Van Hoofovih izrekov, ki dajeta lokalne potrebne in zadostne pogoje za stabilnost elastičnih teles, in njihovih posplošitev na primer elastoplastičnih teles, je prikazano, da tudi ob prisotnosti "padajočega" diagrama telo pritrjen na meji z zadostno (niti ne nujno zelo veliko) togostjo, je lahko stabilen. Ni temeljnih ovir za registracijo takih stanj v poskusu, zlasti pri enoosni napetosti ali strižni (v deviatornem smislu) deformaciji, in interpretaciji ustreznih eksperimentalnih podatkov glede na lastno mehčalno lastnost materiala.

Eksperimentalno je bilo potrjeno, da odpornost proti lomljenju ni določena le s konstantami trdnosti materiala, temveč je odvisna tudi od togosti sistema obremenitve, ki vključuje nakladalno napravo (preskusni stroj, prenos obremenitev, moč in kinematične elemente konstrukcije). , delovna tekočina in plin) in samo deformabilno telo, okoliško območje poškodb. Pri "mehki" obremenitvi, ko na telo v enotnem obremenjenem stanju delujejo sile, ki niso odvisne od njegovega upora, pride do uničenja, ko so dosežene največje napetosti.

V drugem omejujočem primeru, ko so zagotovljeni določeni premiki mejnih točk ("trda" obremenitev), pa tudi s končno, kot že omenjeno, a zadostno togostjo sistema obremenitve, je možen ravnotežni proces kopičenja poškodb, kar se v deformacijskem diagramu odraža v obliki padajoče veje.

Glede na pogoje obremenitve lahko vsaka točka na padajoči veji deformacijskega diagrama ustreza trenutku okvare. Tovrstna deformacija je izvedljiva le za lokalni objekt kot del mehanskega sistema z zahtevanimi lastnostmi. V nasprotnem primeru pride do neravnovesnega kopičenja poškodb in makroloma kot posledica izgube stabilnosti procesa deformacije v nadkritični fazi. Na področju zmehčanja je možen tudi pojav lokalizacije deformacije v obliki strižnih pasov. Padajoča veja je opažena, ko obstajajo mehanizmi in pogoji za postopno razpršitev elastične energije. Tako lahko stanja obravnavanega materiala imenujemo pogojno uresničljiva.

Morda bi bilo primerno uporabiti nekoliko abstraktno analogijo za ponazoritev. Deformacija mehčalnega medija je stabilna približno v enaki meri, kot je stabilna bolj ali manj viskozna tekočina v določeni posodi. Do izgube stabilnosti pride, če stene posode nimajo zadostne togosti. V tem primeru je vloga plovila podobna vlogi nakladalnega sistema. Glavna težava pri eksperimentalni konstrukciji popolnih diagramov je ustvariti zadostno togost obremenitvenega sistema za materialni element. V ta namen so bile razvite naprave za povečanje togosti standardnih strojev, posebnih vzorcev in preizkuševalnih strojev s povratno informacijo visoke hitrosti.

Padajoča veja grafa odvisnosti deformacije pri testiranju kovinskih vzorcev je večinoma odraz ravnotežne rasti glavne razpoke. V nekaterih primerih to velja tudi za kompozite. Hkrati, če se trdnost in deformacijske lastnosti strukturnih elementov nehomogenega medija bistveno razlikujejo, kar je značilno za večino kompozitnih materialov, potem morda ne pride do nastanka izrazite makrorazpoke. Vendar pa razvito diskretno razpršeno uničenje šibkih elementov v tem primeru vodi tudi do padca diagrama. Naključnost vključkov zagotavlja zaporedje pojavljanja območij uničenja v delih heterogenega medija, ki so med seboj oddaljeni, kar ustvarja oviro za lokalizacijo deformacij in omogoča uporabo verjetnostnih pristopov za določitev razmerja med povprečno napetostjo in povprečno deformacijo. Določena strukturna heterogenost zagotavlja prevladujoč tip deformacije, ki se razlikuje od lokalizirane. Zlasti pri telesih vlaknaste strukture padajoči del diagrama nastane kot posledica zaporednega lomljenja neenakih vlaken. Narava procesa uničenja nehomogenih medijev je bistveno odvisna od naključnosti v razporeditvi in ​​stopnje razpršenosti lastnosti strukturnih elementov, zato statistične značilnosti trdnosti teh elementov v veliki meri vnaprej določajo parametre padajoče veje, zlasti njegov naklon, ki odraža nagnjenost materiala k krhkim lomom.

V delih je ugotovljeno razmerje med vrsto padajočih odsekov diagrama in mikromehanizmi ter stopnjami uničenja. S. D. Volkov je predstavil idejo, da narava porazdelitve napetosti na konici razpoke načeloma ponavlja padajoči del krivulje v celotnem diagramu deformacije materiala, pridobljenem s testiranjem gladkega vzorca. V tem primeru se problem singularnosti problema rešuje samodejno zaradi zmanjšanja na nič upora materiala na singularni točki (konici razpoke), kjer je deformacija največja in je enaka mejni za popolnoma ravnotežno stanje. Togost obremenitvenega sistema za materialni element na vrhu razpoke je lahko končna in zadostna za stabilno nadkritično deformacijo v tem območju, kar pojasnjuje možnost obstoja ravnotežnih razpok.

Obstaja povezava med deformacijskim diagramom in porabo energije procesa loma. Območje pod padajočo vejo celotnega diagrama hkrati določa zmogljivost materiala v fazi nastanka makrorazpok. S. D. Volkov je predlagal razmerje med to vrednostjo in značilnostmi lomne žilavosti materialov. Do danes je A.A. Lebedev in N.G. Chausov je razvil in eksperimentalno utemeljil ekspresno metodo za ocenjevanje lomne žilavosti plastičnih materialov z uporabo parametrov padajočih odsekov popolnih deformacijskih diagramov.

Upoštevati je treba tesno povezavo med skladnostjo obremenitvenega sistema ter kinetiko in lokalizacijo procesa loma. Na primer, v inženirski praksi je bila opažena pomembna razlika v naravi uničenja hidravličnih in pnevmatskih tlačnih posod in cevovodov. Z vidika tradicionalnih formulacij problemov mejnih vrednosti so ti primeri enakovredni. V zvezi s tem robni pogoji, ki ne upoštevajo sprememb zunanjih obremenitev, povezanih s spremembo konfiguracije telesa med deformacijo in poškodbami, ne ustrezajo v celoti dejanskim pogojem delovanja konstrukcijskih elementov in opravljenih preskusov.

S tega vidika je za bolj ustrezen opis procesov deformacije, kopičenja poškodb in uničenja priporočljivo uporabiti mejne pogoje tretje vrste, ki omogočajo razširitev fizične baze razpoložljivih modelov. mehaniko strukturno nehomogenih medijev, za pojasnitev ocen trdnosti, za določitev zalog nosilnosti in za napovedovanje katastrofalnih propadov konstrukcij.

Številni avtorji ugotavljajo privlačnost izvajanja nadkritične stopnje deformacije v elementih konstrukcij ali konstrukcij, kar vodi k uporabi njihovih močnostnih rezerv in povečanju njihove varnosti. Popolnost izvedbe nosilnosti materiala je določena s stopnjo nadkritične deformacije. Poleg tega je treba opozoriti na pomen doslej neraziskane naloge določanja pogojev za stabilno nadkritično deformacijo strukturnih elementov v sestavi. kompozitni material kot osnova za ustvarjanje materialov z izboljšanimi mehanskimi lastnostmi.

Optimalna (z vidika procesov poškodb v ravnotežnem načinu) zasnova zahteva matematični opis nadkritične deformacije, ki ni reduciran le na približevanje diagramov s padajočimi odseki. Vprašanja utemeljitve neprekinjenih modelov mehčalnih medijev in določanja področja njihove uporabnosti niso izgubila svoje pomembnosti. Pojavljajo se številni matematični problemi, ki so povezani predvsem z analizo stabilnosti procesa deformacije, edinstvenostjo rešitve mejnega problema in morebitno spremembo vrste diferencialnih enačb ter potrebo po upoštevanje lastnosti obremenitvenega sistema, razvoj konstitutivnih razmerij (tudi za izotropne materiale), razvoj numeričnih metod in ustvarjanje učinkovitih iterativnih postopkov za reševanje tovrstnih nelinearnih problemov.

2. Strukturno-fenomenološki model mehanike mikronehomogenih medijev

V prejšnjem razdelku smo opozorili na obstoj dveh pristopov k konstruiranju modelov mehanike - fenomenološkega in strukturnega. V delih številnih znanstvenikov se je razširil pristop, razvit v zvezi z mehaniko kompozitov in imenovan strukturno-fenomenološki. Sestoji iz dejstva, da se fenomenološke enačbe in merila, ki so splošno sprejeta v mehaniki deformabilne trdne snovi, obravnavajo na več, zlasti dveh ravneh: mikroskopski (strukturni), povezani z elementi sestavljene strukture, in makroskopski, ki odraža obnašanje kompozitnega materiala kot homogenega z učinkovitimi lastnostmi. Razmerje med fizikalnimi količinami, vzpostavljeno v okviru tega pristopa, določa strukturno-fenomenološki model. V tem delu so glavne določbe teoretične študije deformacije in loma kompozitnih materialov pod kvazistatičnimi obremenitvami, ki se izvaja v tem delu, oblikovane v okviru pristopa, povezanega s formulacijo in reševanjem hierarhičnega zaporedja mejnih problemov. . Vključevanje verjetnostnih reprezentacij in aparature teorije naključnih funkcij omogoča preučevanje modelov, ki hkrati upoštevajo naključno naravo lastnosti in medsebojno razporeditev strukturnih elementov.

2.1 Modeli naključnih in periodičnih kosično homogenih medijev

Pri matematičnem modeliranju procesov deformacije in loma kompozitov je pomemben razvoj študij, v katerih se material obravnava kot mikronehomogen medij.

Naj domena V z mejo S vsebuje množico disjunktnih domen uk, omejenih s površinami Sk. Pri dvokomponentnih kompozitih je del območja V1 = Ushk napolnjen s homogenim materialom z lastnostmi (prva faza) znotraj območja, preostali del območja V2 = V - V1 pa je zapolnjen s homogenim materialom z lastnostmi. Večkratno povezana površina S12 = УSk je vmesnik, ki ločuje strukturne elemente kompozita. Del S (1) površine S prehaja skozi prvo fazo, drugi del S (2) = S - S (1) pa skozi drugo.

Če so znane popolne informacije o naravi medsebojne razporeditve regij uk in so podani fenomenološki modeli faz, potem pravijo, da je post-Roena model kosično homogenega (kompozicijskega) medija.

Sprejmimo naslednjo definicijo. Poddomena Vl s karakteristično velikostjo l se imenuje reprezentativni volumen območja V (z značilno velikostjo L >> l) za funkcijo g (r), ki je neprekinjena skozi faze V1 in V2, če obstaja in je omejena povprečna količina

in če za katero koli pozitivno, poljubno majhno število g obstaja pozitivno število g, odvisno samo od g, tako da

Očitno je, da bi bila ta definicija veljavna in da bi reprezentativni volumen Vl na fizični ravni strogosti imel pomen elementarnega makro volumna mikronehomogenega medija, je treba domnevati, da

L >> l >> lsh (kjer je lsh značilna velikost regij uk). Ko je pogoj (2.2) izpolnjen, lahko zanemarimo vpliv lestvice povprečenja na vrednost povprečne količine.

Model mehanike mikronehomogenega medija, ki ga v nadaljevanju obravnavamo za kompozite, temelji na predpostavki, da je značilna velikost lsh območij uk veliko večja od molekularno-kinetičnih dimenzij in veliko manjša od razdalj, pri katerih je povprečne ali makroskopske vrednosti se bistveno spremenijo. Nato fenomenološke enačbe in relacije mehanike ostanejo veljavne za strukturne elemente, t.j. elementarne mikroprostorne dV, ki sestavljajo strukturne elemente kompozitov in imajo velikost dl (dl<

Ta predpostavka daje priložnost po eni strani, da izpostavimo študije obnašanja posameznih nehomogenosti in procesov okoli njih (za material kot celoto so to mikroprocesi), ki jih izvajajo neodvisno z uporabo modelov in metod mehanike trdnih snovi. Po drugi strani pa omogoča, da makroskopske procese v mediju opišemo kot homogene, medtem ko bodo rezultati študija mikroprocesov uporabljeni v kontinualnih enačbah s pomočjo nekaterih povprečnih parametrov, ki odražajo predvsem interakcijo strukturnih elementov.

Naj za vsako od komponent sestavljenega materiala, ki polni prostornino V, povežemo tenzorje napetosti in deformacije z uporabo operatorjev

kjer so materialne funkcije konstitutivnih enačb i-te komponente (faze). Pod komponento kompozitnega materiala razumemo množico vseh konstrukcijskih elementov z enakimi fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi.

Predstavljamo indikatorske funkcije sestavljene strukture

kjer je Vi- površina, ki jo zaseda i-ta komponenta, f je število sestavljenih komponent. Konstruirajmo kosično neprekinjene funkcije strukturnih lastnosti

Zdaj konstitutivna razmerja mikro-nehomogenega medija

so predstavljene kot enačbe s hitro nihajočimi koeficienti. V tem primeru je eden od splošnih primerov model kompozita z naključno strukturo, ko obstajajo naključne homogene funkcije, a vsebuje naključne spremenljivke, t.j. upošteva se statistična razpršenost lastnosti konstrukcijskih elementov. Za naključne indikatorske funkcije je treba poznati nize eno- in večtočkovnih gostot verjetnosti ali momentnih funkcij, ki so invariantne glede na vzporedni prevod koordinatnega sistema:

kjer je r" poljuben polmerni vektor.

Razmerje med trenutnimi funkcijami in gostotami verjetnosti je

V konkretnem primeru za δ = 1 pridemo do koncepta operaterja povprečenja za naključna polja, ki je pod pogoji statistične homogenosti in ergodičnosti enakovreden operatorju statističnega povprečja. Za matematično pričakovanje funkcij imamo

in z zamenjavo nepravilnega integrala v (2.7) z integralom nad osnovnim makrovolumenom Vl pri enotnih gostotah, ki izpolnjujejo normalizacijski pogoj Vldr = 1, dobimo

Prehod za izračun momentnih funkcij višjih redov naključnih homogenih polj poteka na podoben način. Za kompozite s periodično strukturo so indikatorske funkcije periodične.

kjer je b konstantni translacijski vektor, n so poljubna cela števila.

Periodično strukturo kompozitov lahko obravnavamo kot možno realizacijo naključne homogene strukture.

2.2 Mejni problemi mehanike kompozitov

Naj napetosti v območju V v odsotnosti masnih sil izpolnjujejo ravnotežne enačbe

уij, j = 0. (2.9)

majhne deformacije pa so povezane s premiki s Cauchyjevimi relacijami

еi, j = (ui, j + uj, i). (2.10)

V konstitutivnih relacijah (2.6) za kompozitni material, ki zapolnjuje območje V, materialne funkcije akl (r) v skladu z (2.5) tvorijo naključna homogena polja, za katere se domneva, da so statistične značilnosti znane.

Predpostavimo, da so linearni mejni pogoji kontaktnega tipa podani na delu S (q) površine S območja V:

kjer je nekaj pozitivno določenih tenzorjev, pi je vektor enote, normalne na površino S, je vektor kontaktnih sil.

Iz pogojev (2.11) so kot posebni primeri mejni pogoji za območje V v napetostih, v premikih (pri Ni = kui °, ko je k dimenzijska konstanta, je ui ° vektor premika, določen na meji) in a sledi mešani tip.

Enačbe (2.9), (2.6) in (2.10) skupaj z robnimi pogoji (2.11) tvorijo problem mejnih vrednosti za območje V.

V skladu s tem je kvazistatični problem mejnih vrednosti pri premikih reševanje enačb, pridobljenih z zaporedno zamenjavo (2.10), (2.6) v (2.9), v obliki

ob upoštevanju mejnih pogojev

Pri reševanju mejnega problema (2.12), (2.13) za kompozite je treba zaradi diskontinuitete materialnih funkcij bi, j (r) operatorja F iskati tako imenovano posplošeno rešitev.

Enačbo (2.12) pomnožimo s poljubno dovolj gladko funkcijo wi (r) in uporabimo formulo za integracijo po delih:

Mejni pogoji (2.13) se preoblikujejo tako, da njuno levo in desno stran pomnožimo s tenzorjem t (q), inverznim tenzorju c (q), tj. tako da:

Nato s posplošeno rešitvijo problema mejnih vrednosti (2.12), (2.13) pomenimo neprekinjeno vektorsko polje u (r), ki izpolnjuje istovetnost

za poljubne vektorske funkcije w (r).

Za kompozitni material je mogoče podati tudi enakovreden koncept posplošene rešitve. Ustrezen problem je treba rešiti znotraj vsakega strukturnega elementa območja V, katerega materialne funkcije aij konstitutivnih razmerij (2.6) so neprekinjene (tj. najti klasično rešitev), na vmesniku S12 pa so pogoji idealnega stika mora biti izpolnjeno:

V nadaljevanju, ko govorimo o reševanju mejnih problemov za kompozite, bomo razumeli konstrukcijo natančno posplošenih rešitev.

Za simulacijo procesov uničenja strukturnih elementov kompozitov predpostavljamo, da ko je pogoj

kjer je P (i) operater merila trdnosti in lastnosti trdnosti i-te komponente, na neki točki v območju V pride do delne ali popolne izgube sposobnosti materiala, da se upre delovanju notranjih sil, kar se odraža v spremembi opredelitvenih razmerij oblike (2.3) za dane točke.

Običajno je nemogoče neposredno dobiti rešitve mejnih problemov v mehaniki deformacije in loma za sisteme enačb (2.9), (2.6), (2.10) ali (2.12) ob upoštevanju pogoja (2.15), saj te rešitve , kot tudi koeficienti enačb, so hitro nihajoče funkcije koordinat. Zato se je razširil pristop, ko se sistem enačb strukturno-fenomenološkega modela uskladi s sistemom enačb za povprečne napetosti, deformacije in premike, ki jih imenujemo makroskopski.

Na primer, v problemu mejnih vrednosti za elastične kompozite oblike

lahko greste na povprečne vrednosti, kot sledi.

Naj so koeficienti enačb (2.16) hitro nihajoče (naključne homogene ali periodične) kosično homogene funkcije in je v vseh točkah domene V izpolnjen pogoj enotne eliptičnosti:

kjer sta k0, K0 pozitivne skalarne vrednosti.

Potem rešitev mejnega problema (2.16) obstaja in je edinstvena. Asimptotična ekspanzija te rešitve v majhnem parametru

je tak, da je prvi člen vrste (2.17) rešitev problema mejnih vrednosti

poleg tega je operater mejnega problema (2.18) enakomerno eliptičen

Iz razširitve (2.17), pa tudi zaradi obstoja in edinstvenosti rešitve mejnega problema (2.18) sledi

Konvergenčni pogoj (2.20), v katerem imajo količine ui * (r) pomen povprečnih (ali makroskopskih) premikov v normah različnih prostorov za naključne homogene, kvaziperiodične in periodične operaterje, je prikazan v delih različnih avtorjev. .

V mehaniki mikronehomogenih medijev lahko iz polj enačb (2.6), (2.9), (2.10), imenovanih polja mikro- ali strukturnih premikov, deformacij in napetosti, preidemo na povprečna polja s konceptom osnovnega makro-zvezka Vl.

Za obremenjeno stanje elementarnih makrovolumnov je značilen tenzor makronapetosti s komponentami, za deformirano stanje pa tenzor makrodeformacije s komponentami. Odpornost osnovnih makrovolumnov na deformacijo določa razmerje med makronapetostmi in makrodeformacijami:

Če je operater invariativen glede na vzporedni prenos koordinat, je mikro-nehomogen medij makrohomogen. Pogoj makrohomogenosti so izpolnjena zlasti okolja, katerih materialne funkcije so bodisi naključne homogene bodisi periodične.

Za mikro-nehomogeno območje V z naključno strukturo medija v mejnih problemih z mejnimi pogoji določene oblike v premikih

ali v napetostih

kjer so simetrične tenzorje-konstante, deformacijska polja еij (r) in napetosti уij (r) so povsod naključno homogene (in za medije s periodično strukturo - periodične), z izjemo majhne soseske, ki meji na mejo S. Pod mejnih pogojev splošne oblike (2.11), ti pogoji niso izpolnjeni in povprečne komponente ter polja deformacij in napetosti so funkcije koordinat. V tem primeru ob predpostavki zadostne gladkosti povprečnih polj (r) in (r) velja približen pristop, po katerem sta deformacijski polji еij (r) in уij (r) v osnovnem makrovolumu enakovredni tiste, ki jih najdemo iz rešitve problemov za domeno V v premikih pri danih makrodeformacijah = (glej (2.22)) in v napetostih pri danem

dane makronapete = (glej (2.23)).

Nato se povprečne (makroskopske) deformacije in napetosti na vsaki točki območja V določijo s povprečjem za osnovni makro-volumen Vl, izbran okoli te točke:

Za naključna homogena polja to povprečje sovpada z operatorjem povprečenja, ki ga uvajajo izrazi (2.7), (2.8).

Postuliranje naslednjih lastnosti statistično povprečnih polj pod sprejetimi pogoji idealnega stika med komponentami medija:

iz (2.9) dobimo makroskopske ravnotežne enačbe in iz (2.10)

Geometrijske enačbe:

Zdaj je bil pridobljen zaprt sistem enačb za makroskopske fizikalne količine (t.j. zgrajen je makroskopski model kompozita), glavna naloga pa je najti obliko operaterja in določiti njegove materialne funkcije. Makroskopske funkcije materiala lahko najdemo iz preskusnih vzorcev ali izračunamo z reševanjem mejnih problemov strukturno-fenomenoloških modelov kompozitov. Te funkcije lahko približno najdemo z reševanjem problemov za področje V z mejnimi pogoji določene oblike (2.22) ali (2.23).

Tako je problem mejnih vrednosti mehanike kompozitov v okviru strukturno-fenomenološkega modela:

problem mejne vrednosti za homogeno regijo z učinkovitimi lastnostmi se postavi v korespondenco:

in iz rešitve slednjega najdemo povprečne komponente polj

deformacija.

Če se poleg deformacijskih procesov kompozita modelirajo tudi procesi uničenja njegovih sestavnih delov, potem so v problem mejnih vrednosti (2.27) vključeni kriteriji trdnosti oblike (2.15) in fizikalne enačbe sistema (2.28). ) ne odražajo le deformacijskih lastnosti strukturnih elementov, temveč tudi njihovo uničenje med obremenitvijo. V tem primeru lahko makroskopski model (2.28) dopolnimo s kriterijskimi razmerji moči

katerega operator je P * in makroskopske količine materiala

je mogoče izračunati.

Dvostopenjska hierarhija modelov kompozitnih materialov nam omogoča, da rešitev začetnega mejnega problema mehanike deformacije in loma (2.6), (2.9) - (2.11), (2.15) razdelimo na več zaporednih stopenj, povezanih z izgradnjo makroskopskih konstitutivnih odnosov, rešitev problema mejnih vrednosti za domeno z učinkovitimi lastnostmi, z iskanjem strukturnih deformacijskih polj v elementarnih makroprostorjih, z opisom procesov uničenja strukturnih elementov, z oceno verjetnosti uničenja strukturnih elementov. elementarni makro-prostorji (tj. verjetnost makro-uničenja).

Praviloma je pri uporabi nelinearnih konstitutivnih odnosov komponent kompozita in ob upoštevanju procesov strukturnega uničenja potrebno organizirati iterativne računske postopke za reševanje nelinearnih problemov vsake od stopenj po eni strani in za na drugi strani usklajujejo faze v splošnem zaporedju. V tem primeru v procesu deformacije prvotno makroenotno območje V postane makronehomogeno, saj osnovni makro-volumen, izbran okoli različnih točk, ni enako obremenjen.

Ta približen pristop je omogočil rešitev številnih uporabnih problemov, povezanih z analizo mehanskega obnašanja in napovedovanjem nosilnosti konstrukcijskih elementov iz kompozitnih materialov: tlačnih jeklenk za posebne namene, navite iz steklenih in organoplastičnih trakov, letalskega motorja. ohišja, pridobljena s polaganjem plasti stekla, organskih in ogljikovih tkanin, ogljikovo-ogljičnih elementov blokov šob motorja, velikih vtičnic s toplotno zaščitno plastjo in drugih.

2.3 Načelo lokalnosti

Začetne informacije o strukturi mikro-nehomogenega medija, kot je bilo že omenjeno v razdelku 2.1, je mogoče določiti z nizom momentnih funkcij materialnih tenzorskih ali skalarnih veličin. Te momentne funkcije se praviloma konstruirajo eksperimentalno na realnih vzorcih ali s pomočjo računalniške simulacije naključnih struktur. Študije, izvedene na tem področju, kažejo, da so momentne funkcije drugega in višjega reda kompozitov z naključnimi statistično homogenimi strukturami lokalne, velikost območja statistične odvisnosti za dvokomponentne kompozite matričnega tipa pa je približno enaka polovici povprečna razdalja med vključki.

Če momentne funkcije strukturnih lastnosti mikronehomogenega medija hitro propadajo, potem pravimo, da je razporeditev strukturnih elementov kratkoročnega reda.

Pri reševanju stohastičnih problemov v teoriji elastičnosti kompozitov z naključno strukturo je bila poleg pogoja statistične homogenosti običajno postulirana lastnost lokalnosti momentnih funkcij. Poznana je tudi hipoteza omejevalne lokalnosti momentnih funkcij, ki omogoča pridobivanje enotočkovnih približkov stohastičnih mejnih problemov in izogibanje težavam, povezanim z izračunom integralov nad območji statistične odvisnosti, katerih integrandi vključujejo momentne funkcije.

Potem ko je bila lastnost lokalnosti momentnih funkcij lastnosti materiala kompozitov z naključno strukturo potrjena s številnimi študijami, obstaja osnova za njeno globljo uporabo v mehaniki.

Treba je opozoriti na isto lastnost kraja, vendar že označuje interakcijo strukturnih elementov.

Na primer, interakcijo vključkov v matričnem kompozitu, ki povzroča popačenja v elastičnem polju matrike, lahko nadomestimo z interakcijo točkovnih multipolov, katerih moč in vrstni red sta odvisna od oblike in lastnosti strukturnih elementov. Predlaga se, da za matriko z neskončnim številom vključkov izberemo omejen prostornino, ki vsebuje končno število multipolov, v matriki katerih se generira elastično polje, ki je ustrezno elastičnemu polju periodičnega problema.

Podobni dokumenti

Elementi mehanike kontinuuma. Deformacijska energija. Minimalni izreki. Model medija z majhnim volumskim deležem vključkov. Polidisperzni model, lastnosti medija z majhnim volumskim deležem poljubno usmerjenih tankih lamelnih vključkov.

seminarska naloga, dodana 30.07.2011


Kompozit kot osnova iz enega materiala, ojačan s polnili iz vlaken. Metode za pridobivanje kompozitov: umetne, naravne. Interakcije v kompozitnih materialih. Struktura in fizikalne lastnosti (1-х) (La0,5Eu0,5) 0,7Pb0,3MnO3 + PbTiO3.

diplomsko delo, dodano 22.08.2011


Osnovni pojmi klasične Newtonove mehanike: načela relativnosti in vztrajnosti, zakoni univerzalne gravitacije in ohranjanja, zakoni termodinamike. Uporabna vrednost klasične mehanike: uporaba v požarnem pregledu, balistiki in biomehaniki.

test, dodano 16.08.2009


Izdelava fizikalnega modela deformacije materiala. Sistem grozdov strukturiranih delcev. Opis mehanike procesa plastične deformacije kovine med tlačno obdelavo in uničenjem materiala pri vodnem rezanju na podlagi kavitacije, resonančnih pojavov.

članek dodan 02/07/2014


Grafit kot mineral iz razreda naravnih elementov, ena od alotropnih modifikacij ogljika, struktura njegove kristalne mreže, fizikalne in kemijske lastnosti. Izvedba in rezultati raziskav kompozitov na osnovi ogljikovih nanocevk.

diplomsko delo, dodano 22.09.2011


Disipativne modifikacije kvantne mehanike. Modeli s super vrvicami; dilatonsko skalarno polje in inflacija. Pristop mikroskopskih strun k opisu disipativne različice kvantne mehanike. Primerjava teorije z opazovanji, grafiranje.

test, dodano 05.08.2015


Predmet in naloge mehanike je veja fizike, ki proučuje najpreprostejšo obliko gibanja snovi. Mehansko gibanje - sprememba sčasoma položaja telesa v prostoru glede na druga telesa. Newton je odkril osnovne zakone klasične mehanike.

predstavitev dodana 04/08/2012


Bohrov "planetarni model" atoma je v središču kvantne mehanike, njenih osnovnih principov, idej in pomena. Poskusi razlage korpuskularnih in valovnih lastnosti snovi v kvantni (valovni) mehaniki. Analiza valovne funkcije in njen verjetnostni pomen.

povzetek, dodan 21.11.2011


Vztrajnostna sila kot geometrijska vsota protiučinkov gibajočega se materialnega delca na telesa, ki mu dajejo pospešek. Spoznavanje osnovnih načel mehanike, analiza. Upoštevanje značilnosti premikov mehanskega sistema z idealnimi omejitvami.

predstavitev dodana 11/09/2013


Karakterizacija procesov nastajanja strukture nove faze in uničenja vezi med delci, elementi homogenih in heterogenih sistemov, kot enega od pomembnih problemov fizike trdnega stanja in fizikalno-kemijske mehanike. Elektroaktivacijska nanotehnologija.

"Definicije in klasifikacija polimernih kompozitov Kompozitni materiali so materiali, pridobljeni iz dveh ali več komponent in ..."

-- [ Stran 1 ] --

TEMA 1. DEFINICIJE IN KLASIFIKACIJA POLIMERA

KOMPOZITI. MEHANIZEM INTERAKCIJE KOMPONENT

Moderno obdobje lahko imenujemo doba polimerov in kompozitnih materialov.

Definicije in klasifikacija polimernih kompozitov

Kompozitni materiali so materiali, pridobljeni iz dveh ali več komponent in

sestavljen iz dveh ali več faz. Ena komponenta (matrika) tvori neprekinjeno

faza, druga je polnilo. Kompozitni materiali so heterogeni sistemi in jih lahko razdelimo v tri glavne razrede:

1. Matrični sistemi, sestavljeni iz neprekinjene faze (matriks) in dispergirane faze (diskretni delci).

2. Sestavki z vlaknastimi polnili.

3. Sestavki, ki imajo medsebojno prodorno strukturo dveh ali več neprekinjenih faz.

Prednosti heterogenih polimernih sestavkov pred homogenimi polimeri:

1. povečana togost, trdnost, dimenzijska stabilnost.

2. Povečana uničevalna in udarna odpornost.

3. povečana toplotna odpornost.

4. znižana prepustnost za plin in paro.

5. nastavljive električne lastnosti.

6. znižani stroški.

Nemogoče je doseči kombinacijo vseh teh lastnosti v eni sestavi. Poleg tega doseganje prednosti pogosto spremlja pojav nezaželenih lastnosti (oviranje pretoka, s tem oblikovanje, poslabšanje nekaterih fizikalnih in mehanskih lastnosti).

Velike razlike v lastnostih sestavkov je mogoče doseči le s spremembo morfologije in adhezijske trdnosti med fazami.

Za enakomeren prenos zunanjega vpliva skozi matriko in njeno porazdelitev na vse delce polnila je potrebna močna adhezija na vmesniku matrika-polnilo, dosežena z adsorpcijo ali kemično interakcijo.

Obstoj takega oprijema med neusklajenimi komponentami v heterogenih plastičnih masah jih razlikuje od mehanskih mešanic.

Matrica je lahko kovinska, keramična, ogljikova. Polnilo je predstavljeno v obliki delcev in vlaken, ki imajo bistveno višje fizikalne in mehanske lastnosti kot matriks.

Delci se običajno imenujejo razpršeno polnilo; imajo nedoločeno, kubično, sferično ali luskasto obliko z velikostmi od frakcij mm do mikronov in vrednosti nanoska.

Inertno polnilo praktično ne spremeni lastnosti sestave.

Aktivno polnilo bistveno spremeni lastnosti sestave. Na primer, vlakna imajo lastnosti elastične trdnosti, ki so dva reda velikosti višje od lastnosti matrice. Lahko so neprekinjeni ali kratki. Premer tankih vlaken je 5-15 mikronov, debelih (borov ali silicijev karbid) - 60-100 mikronov. Dolžina kratkih vlaken je od 1-2 do 20-50 mm.

Ime kompozitov ustreza naravi vlaken: steklena, ogljikova, organo-, borova plastika itd. Za hibridne različice - steklena vlakna, organoboroplastika itd.

Usmerjenost vlaken določa prehod iz polnjene plastike v ojačano plastiko. To je sistem usmerjenih vlaken, ki jih skupaj drži polimerna matrica. Umetne mase vključujejo materiale, katerih nepogrešljiva sestavina je kateri koli polimer, ki je med oblikovanjem v plastičnem ali viskoznem stanju, med delovanjem pa v steklenem ali kristaliničnem stanju. Plastika je lahko homogena ali heterogena. Plastiko delimo na termoplaste in termoreaktivne.

Razvrstitev kompozitov:

1. Po naravi matrike:

termoreaktivna termoplastika.

hibridni.

Termoreaktivna matrica je matrica, pridobljena s strjevanjem epoksida, etra, imida, organosilicijevih in drugih oligomerov v procesu izdelave kompozitov.

Termoplastična matrica - matrica, ki se stopi za impregniranje polnila in nato ohladi. To so PE, PP, poliarilensulfoni, sulfidi, ketoni.

Hibridna matrica lahko združuje termoreaktivne in termoplastične komponente.

2. Po naravi in ​​obliki polnila.

Organske in anorganske snovi naravnega ali umetnega izvora. Modul elastičnosti polnila je lahko nižji ali višji od modula elastičnosti veziva. Polnila z nizkim modulom, ki so običajno elastomeri, ne da bi zmanjšali toplotno odpornost in trdoto polimera, dajejo materialu večjo odpornost na izmenične in udarne obremenitve, vendar povečajo njegov koeficient toplotnega raztezanja in zmanjšajo odpornost proti deformaciji. Večji kot je modul elastičnosti polnila in stopnja polnjenja, večja je deformacijska odpornost materiala.

Razpršeni - polnjeni kompoziti, Materiali na osnovi kratkih in neprekinjenih vlaken.

Kemična narava delcev je raznolika: kreda, sljuda, kovinski oksidi, steklene krogle, ogljik v obliki saj ali fulerenov, aerosil, stekleni ali glineni kosmiči, gumi podobni vključki itd.

Ojačitvena vlakna - steklena, organska, ogljikova itd. Znana so tudi visokotemperaturna vlakna bora in silicijevega karbida, ki se pogosto uporabljajo za ojačitev kovin.

3. Po strukturi polimernih kompozitov Matrix - za materiale na osnovi dispergiranih in kratkih vlaknatih delcev, Slojni (dvodimenzionalni) in volumetrični za ojačane plastike na osnovi tkanih in netkanih materialov.

Gradientni materiali s spremenljivo strukturo.

4. Glede na stopnjo usmerjenosti polnila, anizotropnost materiala:

Kompoziti z naključno razporeditvijo delcev in vlaken, z izotropno strukturo, kompoziti z enosmerno orientacijo vlaken, z izrazito anizotropijo, 90o), kompoziti s križno, ortotropno orientacijo (0, z dano anizotropijo, kompoziti s poševno orientacijo orientacija pod koti, ki se razlikujejo od 90 , kompoziti s pahljasto strukturo, sestavljeno iz plasti z različnimi orientacijami vlaken.

5. Po metodah izdelave materialov in izdelkov:

enostopenjske metode - ekstrudiranje in "mokro" navijanje, pultruzija (bruhanje), vakuumsko oblikovanje, dvostopenjske metode predhodne priprave neorientiranih (premiks) ali usmerjenih (prepregi) vlaknatih materialov (polizdelkov), impregniranih z vezivo, čemur sledi oblikovanje materiala (laminata) s pomočjo "suhega" navijanja, stiskanja, avtoklavnega oblikovanja.

6. Po številu komponent:

dvokomponentni, trikomponentni PCM, ki združujejo dispergirane delce in kratka vlakna, hibridni PCM iz polivlaken, ki združujejo vlakna s podobno (plastika, ojačana s steklenimi vlakni) ali bistveno drugačno (plastika, ojačana s steklenimi ogljikovimi vlakni) deformabilnostjo, polimatrične strukture, npr. temelji na kombinaciji termoreaktivnih in termoplastičnih veziv.

7. Po prostornini vsebnosti polnila:

z neorientirano strukturo - vsebnost polnila 30-40% -, z usmerjeno strukturo - 50-75%, visoko in izjemno napolnjena organovlakna - 75-95% -.

8. Po funkcionalnosti:

enonamenski (strukturni), večnamenski, sposoben samodiagnoze (pameten), večnamenski, sposoben samodiagnoze in samoprilagajanja (inteligentni).

Pri načrtovanju kompozitne plastike sta dve stopnji (glej tabelo):

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

1 - vključuje: analizo določenih pogojev obremenitve in določitev metode za oblikovanje plastike z zahtevanimi lastnostmi. Uporabljeni so koncepti in formule, vzeti iz mehanike kompozitnih materialov:

a) fenomenološki pristop temelji na uporabi enačb teorije elastičnosti, lezenja itd. za anizotropne materiale, b) - ugotavljanje odvisnosti mehanskih lastnosti sestave od velikosti delcev polnila, mehanskih lastnosti komponent, njihove volumetrične vsebnosti itd. Te odvisnosti analiziramo na mikroskopskem, makroskopskem in vmesnem nivoju. . Mikronivoj - stopnja strukturne heterogenosti, sorazmerna s prečnimi dimenzijami polnilnih elementov - premerom delcev polnila ali debelino ojačitvene plasti.

Tabela Zahtevane mehanske lastnosti kompozitne plastike Izbira komponent in njihova izbira sheme ojačitvenega razmerja v sestavi

- & nbsp– & nbsp–

Oblika Razmerje velikosti Mehanizem interakcije komponent PCM Poglejmo si mehanizem prenosa napetosti z matrice na polnilo, odvisno od njegove konfiguracije.

V najpreprostejši različici, ko je polimer ojačan z enosmernimi neprekinjenimi vlakni in se raztegne v smeri njihove orientacije, je deformacija komponent enaka in napetosti, ki nastanejo v njih, so sorazmerne z modulom elastičnosti vlaken in matrice. Če so v istem modelu vlakna diskretna, se izkaže, da je porazdelitev napetosti nehomogena po dolžini vlakna. Na koncih vlakna ni napetosti, vendar nastanejo strižne napetosti na vmesniku vlaknene matrike, ki postopoma potegne vlakno v delo. Rast nateznih napetosti v vlaknu se nadaljuje, dokler ne dosežejo povprečne ravni napetosti, opažene v neprekinjenem vlaknu. V skladu s tem se dolžina, pri kateri se to zgodi, imenuje "neučinkovita". Z naraščajočo deformacijo "neučinkovita" dolžina raste in doseže največjo vrednost pri napetosti, ki ustreza trdnosti vlakna. V tem primeru se "neučinkovita" dolžina imenuje "kritična" I. Je pomembna značilnost interakcije kompozitov in jo je mogoče izračunati po Kellyjevi formuli lcr / dwave = wave / 2mat (1), kjer sta dwave in val premer in trdnost vlaken; mat - meja tečenja matrice ali adhezivna trdnost sistema.

Odvisno od trdnosti vlaken in vrste polimerne matrice se lahko razmerje lcr/dvol razlikuje od 10 do 200; pri dwave 10 mikronov, lcr = 0,15-2,0 mm.

Iz zgornjega sklepanja sledi, da pri prehodu iz neprekinjenih vlaken v diskretna del dolžine vsakega vlakna ne bo zaznal celotne obremenitve. Krajše kot je ojačitveno vlakno, manj učinkovito je. Pri l lcr matrica v nobenem primeru ne more prenesti napetosti na vlakno, ki zadostuje za njegovo uničenje. Iz tega sledi, da je ojačitvena sposobnost kratkih vlaken (povečanje lastnosti elastične trdnosti polimera) zelo nizka. Še posebej, če upoštevate orientacijo vlaken, ki pri takšnih materialih nikoli ni idealna.

Struktura materialov na osnovi kratkih vlaken je precej kaotična. Prednost polnil iz kratkih vlaken določa možnost hitre predelave materialov v izdelke. Vendar pa v procesu litja ali ekstrudiranja pride do dodatnega uničenja vlaken, katerih dolžina se običajno zmanjša na 0,1-1 mm.

Ob prehodu na dispergirano praškasto polnilo se možnost prenosa napetosti z matrice na polnilo tako zmanjša, da začne njen prispevek k povečanju trdnosti kompozita tekmovati z zmanjšanjem trdnosti matrice zaradi nastajajoča neenakomernost napetosti in razvoj napak. Zaradi tega se trdnost takega kompozita običajno ne poveča v primerjavi z močjo matrice (včasih se celo nekoliko zmanjša).

Ko se viskozni termoplasti napolnijo s trdimi polnili v količini več kot 20%, opazimo prehod od plastičnega toka do krhkega loma. V tem primeru se znatno zmanjša udarna žilavost, delo uničenja. Modul elastičnosti se povečuje s povečanjem količine polnila, hkrati pa velikost in število razpok, "psevdopor", ki nastanejo med obremenitvijo med luščenjem matrice iz razpršenih delcev v trenutku doseganja napetosti, ki ustrezajo moč lepljenja sistema, povečati. Teoretične in eksperimentalne študije kažejo, da je z zmanjšanjem velikosti delcev polnila in širjenjem njihovih premerov mogoče znatno zmanjšati verjetnost pojava velikih napak.

Glavni razlog za utrjevanje je sprememba smeri rasti razpok, ko pridejo v stik s trdnimi delci polnila. Najverjetnejša smer rasti razpoke je pravokotna na smer uporabljene sile. Če se delček polnila nahaja v tej smeri, bi morala razpoka spremeniti svojo smer tangencialno na površino delcev. Torej, če so delci v obliki vlaken in so podolgovati v smeri delujoče sile. Širjenje razpok vzdolž delcev polnila je izključeno.

Pri uporabi monolitnega vlakna krožnega prereza kazalniki mehanskih lastnosti običajno dosežejo maksimum pri 2 = 0,65 - 0,7. Pri uporabi preciznih metod polaganja profiliranih vlaken je možno povečati 2 na 0,85, nato pa začne trdnost kompozitov bolj kot od trdnosti vlakna odvisna od adhezijske trdnosti na vmesniku vlakno-vezivo.

Pri enaki stopnji polnjenja (2 = 0,7) in razmerju modulov elastičnosti (E2 / E1 = 21) togost plastike z vlakni trikotnega preseka v prečni smeri presega togost plastike z vlakni krožnega križa odsek s faktorjem 1,5.

Zamenjava monolitnega vlakna z votlim vlaknom omogoča močno povečanje specifičnih vrednosti trdnosti in togosti izdelkov pri stiskanju in upogibanju, saj se vztrajnostni moment poveča z enako maso vlaken.

Uporaba votlih vlaken v nateznih sestavkih je neučinkovita zaradi nizke trdnosti profilnih vlaken. Pri striženju je bolje uporabiti profilirana vlakna.

Druga smer ustvarjanja polimerov z razpršeno polnitvijo je njihova modifikacija z gumijastimi delci za zmanjšanje krhkosti in povečanje odpornosti na udarce.

Pozitivne rezultate smo dobili za visokoodporne polistirenske, epoksidne in druge matrice. Mehanizem utrjevanja materialov je očitno zelo zapleten, vendar je glavna vloga pripisana zaviranju širjenja razpok z delci gume. Številni avtorji opozarjajo na smotrnost izdelave prehodnega sloja z visoko oprijemljivostjo na matrični polimer in gumijasto fazo za povečanje trdnosti.

Vrnimo se k enosmernemu kompozitu, ki temelji na neprekinjenih vlaknih, in razmislimo o mikromehanskih modelih njegovega uničenja. Osnovna vlakna imajo zelo visoke trdnostne lastnosti, desetkrat višje od trdnosti razsutih vzorcev. Na primer, trdnost stekla v razsutem stanju je 50-70 MPa, v obliki vlaken pa - 2,5-3,0 GPa; podobna slika je opažena za organska in ogljikova vlakna, katerih moč doseže 4-6 GPa. To razliko razlagamo bodisi z vplivom faktorja skale (velikost površine vlaken določa velikost možne napake) bodisi z orientacijskim učinkom, ki je zelo značilen za organska vlakna.

Pri testiranju filamentov opazimo velik razpršenost vrednosti eksperimentalne trdnosti. Zato se običajno testira vsaj 50 vzorcev, najde se povprečna vrednost in njena varianca.

Na podlagi hipoteze o šibkem členu je Weibull dobil naslednjo enačbo za verjetnost loma P () vzorca pri napetosti in dolžini vzorca L:

Р () = 1 - exp (–L), (2)

katere konstante so določene iz eksperimentalno pridobljene porazdelitve trdnosti osnovnih vlaken. Parameter P označuje pomanjkljivost vzorcev.

Vrednosti koeficienta se gibljejo od 3-5 za normalna steklena vlakna in do 10-12 za "nepoškodovana" steklena vlakna.

V resnici imamo le redko opravka z enim samim vlaknom, običajno s snopom, sestavljenim iz številnih vlaken. Po Danielsovih teoretičnih konceptih je zmanjšanje moči snopa nevezanih vlaken v primerjavi s povprečno močjo valov določeno z razpršitvijo njihove moči. Med obremenitvijo, ko je dosežena končna trdnost vlakna, se le-to zlomi in ne sodeluje več pri delu.

Sila se prerazporedi na celotna vlakna, proces se nadaljuje do trenutka plazovitega uničenja večine, nato pa vseh vlaken v niti (snop). Pri = 10 je trdnost filamenta n približno 80 % povprečne trdnosti filamenta.

Analiza diagrama nalaganja niti - omogoča sledenje celotnemu procesu postopnega lomljenja vlaken. Omogoča tudi prepoznavanje nekaterih napak v niti, zlasti razlike v dolžini (neenakomerne napetosti) vlaken, kar povečuje nehkratnost njihovega uničenja. Interakcija (povezljivost) vlaken zaradi zvijanja ali delne adhezije se kaže v naravi diagramov

- ki postanejo bolj linearni. Weibullov koeficient za nevezan snop vlaken naj ostane enak kot za filamente: v primeru snopa se nagiba k povečanju.

Polimerna matrica, ki veže snop v eno samo celoto – mikroplastiko – vodi do povečanja njegove trdnosti. V tem primeru je trdnost praktično neodvisna od dolžine vzorca (= 30-50), kar kaže na spremembo mehanizma loma. Dejstvo je, da na nekem mestu raztrgano vlakno ne preneha zaznavati obremenitve kot v niti, ampak še naprej deluje na isti ravni napetosti kot v sosednjih vlaknih. To se zgodi na razdalji lcr od mesta zloma v skladu z zgoraj obravnavanim mehanizmom za materiale na osnovi kratkih vlaken.

V skladu s statistično teorijo trdnosti, ki sta jo razvila Gurland in Rosen, se uničenje enosmernega kompozita pod napetostjo pojavi zaradi kopičenja zlomov, drobljenja vlaken v polimerni matrici. V tem primeru je teoretična trdnost vlaken tr v kompozitu enaka trdnosti nevezanega snopa vlaken "kritične" dolžine lcr.

tr = (lkre) –1 / V praksi postopka drobljenja vlaken ni mogoče dokončati. Običajno se prekine z nastankom in razvojem glavne razpoke zaradi preobremenitve v prerezu, kjer se nabira največje število defektov, ali razslojevanja na vmesniku vlakno-vezivo. Ta mehanizem omogoča doseganje najvišjih vrednosti trdnosti, saj je povezan z disipacijo energije za nastanek velikih prostih površin. Na podlagi tega je pri obravnavi izvedbe trdnosti vlaken v kompozitu priporočljivo primerjati eksperimentalne vrednosti valov z močjo tr, ki bi lahko bila pri izvedbi mehanizma drobljenja vlaken:

Kp = vol / tr, kjer je Kp koeficient realizacije trdnosti.

Njegove realne vrednosti dosegajo 60-80 % za enosmerno stekleno, organsko in plastiko, ojačano z ogljikovimi vlakni, na osnovi super močnih vlaken.

Podoben pristop je bil predlagan tudi za preučevanje realizacije trdnosti steklenih vlaken pri vzdolžnem stiskanju.

Trenutno se obravnavata dve glavni različici mehanizmov uničenja:

Zlom zaradi izgube stabilnosti vlaken na elastični podlagi;

Razločevanje materiala zaradi učinka strižnih napetosti.

Glavna odvisnost, ki izhaja iz obravnave modela prvega loma, povezuje trdnost materiala pri stiskanju hcw s strižnim modulom matrice Gm in njegovo volumetrično vsebnostjo m:

tszh = Gm / Vm Izračuni, izvedeni po tej formuli, dajejo zelo visoke teoretične vrednosti tszh. Na primer, s strižnim modulom Gm = 1-1,5 GPa, kar je značilno za epoksidne smole, in m = 30%, bi lahko tlačna trdnost hfc znašala 3-5 GPa, medtem ko za prave materiale ne presega 1,5 GPa. ..

Lahko trdimo, da v vseh primerih obstaja sorazmernost med trdnostjo plastike iz steklenih vlaken pri stiskanju in strižnim strigom:

tszh = K premik, kar nakazuje, da prevladuje drugi mehanizem. To je mogoče razložiti s strukturnimi napakami vzorcev in nehomogenim poljem napetosti, ki nastane med testiranjem. Posebne metode za pripravo in preučevanje enosmernih steklenih vlaken so omogočile povečanje hcf do 2-3 GPa, kar pomeni, da je bilo v veliki meri mogoče izvesti mehanizem izgube stabilnosti vlaken, s čimer se je povečal koeficient realizacije trdnosti. od 30-40 do 60-70%.

Pri stiskanju organoplastike pride do uničenja vzdolž strižne ravnine, usmerjene pod kotom 45 ° na os vlaken, kar je značilno za plastična vlakna.

Podoben mehanizem očitno poteka za CFRP, čeprav je v tem primeru kombiniran s strižnim elementom.

Raznolikost mehanizmov uničenja kompozitov omogoča, da se zastavi vprašanje optimizacije lastnosti veziva. Na primer, za povečanje natezne trdnosti materiala vzdolž vlaken je treba zmanjšati "kritično" dolžino, kar dosežemo s povečanjem togosti matrice. Po drugi strani pa to vodi do povečanja koncentracije napetosti in rasti glavne razpoke. Konkurenco med temi mehanizmi opazimo v obliki izjemne odvisnosti trdnosti kompozita od meje tečenja veziva, ki jo spreminjamo s spreminjanjem temperature, hitrosti testiranja ali z uvajanjem plastifikacijskih dodatkov.

Optimum je v vsakem primeru drugačen:

odvisno je od narave vlaken, prisotnosti obstoječih tehnoloških obremenitev in napak. Neskladnost zahtev za vezivo se še poslabša, če se upoštevajo njegova proizvodnost, toplotna odpornost, sposobnost absorbiranja dinamičnih učinkov (udarna trdnost) itd. Najšibkejša točka kompozitnih materialov je njihova nizka trdnost in strižna deformabilnost. Zato tehnološke in obratovalne obremenitve pogosto vodijo do razpok materiala.

Običajno je, da se lomna žilavost kompozita označi s specifično lomno žilavostjo Gc - energijo, ki se razprši med nastajanjem nove površine. Višja kot je specifična lomna žilavost, večja je odpornost kompozita na razslojevanje. Interlaminarna viskoznost se povečuje s povečanjem deformabilnosti matriksa, adhezije vlaken na matriko in debeline vmesne plasti veziva vlaken na vlakna (VCB).

Modifikacija epoksidnih matric z gumami ni privedla do bistvenega izboljšanja lastnosti materialov. Morda je to posledica dejstva, da je plastična cona v kompozitu omejena z velikostjo prostora med vlakni. Veliko večji učinek opazimo pri uporabi termoplastičnih matrik, na primer poliarilen sulfon PSF, katerega deformabilnost doseže 80-100%. V tem primeru se vrednosti Gc povečajo za skoraj red velikosti.

Mikromehanski modeli polimernih kompozitov omogočajo odkrivanje analitičnih odvisnosti, ki kažejo vpliv lastnosti vlaken, matriksa, njihove adhezivne interakcije, strukture materiala in mehanizmov loma na makroskopske lastnosti elastične trdnosti enosmernega sloja. Najuspešneje opisujejo končni modul elastičnosti in natezne trdnosti kompozita. V primeru, ko so deformacije vlaken in matrice enake, nastopijo naslednja razmerja aditivov, ki kažejo prispevek vsake komponente sorazmerno z njeno volumetrično vsebnostjo Ek = Evv + Em

- & nbsp– & nbsp–

Te enačbe se imenujejo "pravilo mešanice".

Ker prispevek polimerne matrike običajno ne presega 2-5%, ga je mogoče prezreti:

Ek () = Evv in k () = cv Modul elastičnosti E () lahko izračunamo s formulo 1 / Eк () = w / Ev + m / Em. Upoštevati je treba, da modul elastičnosti samih vlaken v prečni smeri sovpada z modulom elastičnost v vzdolžni smeri samo za izotropna steklena in borova vlakna. Pri ogljikovih in organskih vlaknih je prečni modul bistveno nižji od vzdolžnega. Podobna odvisnost poteka za strižni modul enosmernega kompozita "v ravnini" vlaken.

Trdnost kompozitov pri prečni napetosti-stiskanju in strigu je odvisna od številnih dejavnikov, predvsem od lastnosti matriksa, adhezivne interakcije, strukture materiala – prisotnosti por in drugih napak. Analitične odvisnosti so v tem primeru lahko le korelacijske narave. Na splošno velja, da ojačitev zmanjša trdnost kompozita v prečni (prečni) smeri za približno 2-krat v primerjavi z trdnostjo homogene matrice.

Lastnosti elastične trdnosti kompozitov Trdnost in togost sta najpomembnejši lastnosti katerega koli materiala. Ko je vzorec obremenjen z napetostjo ali stiskanjem, se v njem pojavijo normalne napetosti in ustrezne deformacije, ki rastejo, dokler se material ne uniči.

Končni (največji) stres se imenuje njegova moč. Za linearne elastične materiale obstaja neposredna sorazmernost med napetostjo in deformacijo Hookeov zakon = E. Koeficient sorazmernosti označuje togost materiala in je označen kot modul elastičnosti ali Youngov modul E.

Ta zakon je izpolnjen tudi, ko je vzorec obremenjen s strižnimi (tangencialnimi) napetostmi in deformacijami, ki nastanejo na primer med torzijo.

Koeficient sorazmernosti v tem primeru imenujemo strižni modul G: = .G.

Pri raztezanju materiala se hkrati z raztezkom zmanjšajo njegove prečne dimenzije, za kar je značilno Poissonovo razmerje, ki vzpostavi razmerje med deformacijami vzdolž x in čez y vzorca: x = µ y.

Elastične lastnosti izotropnih materialov dobro opisujeta dve konstanti E in G, med katerima razmerje ustreza enačbi G = E / 2 (l + µ).

Zgornje relacije opisujejo dobro izotropne materiale, katerih lastnosti so enake v vseh smereh. Sem spadajo dispergirano polnjeni polimeri, pa tudi kompoziti na osnovi kratkih ali neprekinjenih vlaken kaotične strukture. (Za vlaknene materiale vedno obstaja določena stopnja usmerjenosti, ki jo določajo vplivi tehnoloških dejavnikov.) Ko je konstrukcija obremenjena, postane napetostno-deformacijsko stanje materiala najpogosteje nehomogeno. To daje priložnost za prepoznavanje glavnih (največjih) napetosti, ki lahko povzročijo njegovo uničenje. Na primer, v primeru cevi pod notranjim ali zunanjim pritiskom so obodne napetosti dvakrat večje od osnih napetosti, to pomeni, da je polovica debeline izotropnega materiala neučinkovita glede na osne napetosti. Nehomogenost napetostnega polja je lahko bistveno večja. Pri ohišjih z odprtim izhodom (puške, cevi za izstrelke granat) razmerje radialnih in aksialnih napetosti doseže 8-10 ali več. V teh primerih je treba izkoristiti izjemno sposobnost vlaknatih materialov, ki jih je mogoče v matrici orientirati glede na porazdelitev glavnih obratovalnih napetosti.

Poglejmo si primer enosmernega sloja. Enosmerna plast je izotropna v smeri, pravokotni na orientacijsko os vlaken x Tipične vrednosti elastičnih konstant enosmernih kompozitov so podane v tabeli. eno.

- & nbsp– & nbsp–

Natezna trdnost enosmernega sloja vzdolž zrna se lahko giblje od 1,0 do 2,5 GPa, odvisno od stopnje trdnosti vlaken, vrste in vsebnosti veziva. V tem primeru trdnost v prečni smeri ne presega 50-80 MPa, t.j. koeficient anizotropije je 20-30.

Rahlo odstopanje smeri delovanja obremenitve od smeri orientacije vlaken praktično ne vpliva na natezno trdnost kompozita. Zato je dovoljena napačna orientacija vlaken (3-5 °), ki jo ustvari poseben razpršilnik ali s povečanjem koraka navijanja, da se poveča prečna trdnost materiala. V primeru stiskanja je to nesprejemljivo, saj spodbuja razvoj strižnih napetosti, ki določajo trdnost materiala pri stiskanju.

Enosmerni kompozit je osnova kompleksne strukture, ki nastane s kombiniranjem posameznih slojev v skladu z zahtevami zmogljivosti konstrukcijskega elementa. Metode izdelave: vakuumsko ali avtoklavno oblikovanje, stiskanje, navijanje.

Oglejmo si še teoretične modele za opis procesov deformacije in loma slojevitih kompozitov kompleksne strukture. Običajno je pri razvoju računskih metod mogoče razlikovati dva glavna pristopa: fenomenološki in strukturni. V fenomenološkem pristopu se kompozitni material obravnava kot homogen anizotropen medij, katerega model temelji na eksperimentalno pridobljenih podatkih. Izbrani kriterij trdnosti velja za celoten material kot celoto. Prednost fenomenoloških modelov je enostavnost računanja. Vendar pa je za materiale s kompleksno shemo ojačitve potrebno določiti veliko empiričnih koeficientov, kar zahteva veliko eksperimentov. Poleg tega fenomenološki modeli ne upoštevajo strukturnih procesov med lomom: razpok, mikro izbokline itd.

Določanje optimalne velikosti delcev polnila Napetost, ki nastane na različnih delih površine delcev (mikro kosmiči ali mikrovlakna), je odvisna od oddaljenosti r od ustrezne površine = - o (1 -) / 2r, kjer je Poissonovo razmerje.

Trdnost s povečanjem specifične površine visoko razpršenega polnila se poveča na določen maksimum, odvisno od narave sestavin sestave.

Optimalni premer d neprekinjenih vlaken v raztegljivi ortotropni plastiki na dani razdalji med vlakni je določen z enačbo d (1/2 - 1), kjer sta 1, 2 raztezki ob prelomu vezivnih in polnilnih vlaken.

Izbira oblike delcev polnila Oblika delcev vpliva na mehanizem uničenja plastike. Upoštevajo se velikost in oblika izdelkov, tehnologija obdelave.

Pri izdelkih majhne debeline in kompleksne konfiguracije imajo prednost visoko razpršena polnila (praški), saj se zlahka porazdelijo v vezivu, pri čemer ohranjajo prvotno porazdelitev med oblikovanjem izdelka.

Uporaba visoko razpršenih polnil zmanjša verjetnost uničenja, razslojevanja izdelkov med naknadno mehansko obdelavo.

Trdni vključki v raztegnjenem vzorcu zmanjšajo napetost v kontaktnem območju veziva s polnilom, v samem sferičnem delcu pa napetost presega

1,5-kratna napetost v območjih veziva, ki so oddaljena od njega, t.j. polnilo prevzame večino obremenitve.

Vpliv polnila se poveča, če so delci elipsoidni in usmerjeni v smeri deformacijske osi.

Izbira komponent z optimalnim ravnovesjem mehanskih lastnosti Pogoji: adhezivna interakcija je večja od kohezije veziva, obe komponenti delujeta skupaj do uničenja, idealno elastično obnašanje polnila in veziva.

Določanje optimalne stopnje polnjenja Tudi ojačitvena vlakna nimajo vedno ojačitvenega učinka na plastiko. Če razmerje deformacijskih lastnosti veziva in armature v enosmerni plastiki izpolnjuje pogoj cc, potem do kritične volumetrične vsebnosti vlaken (c, cr) pride celo do linearnega zmanjšanja natezne trdnosti = c (1 - c ).

Zaradi rahle deformacije veziva pri prelomu, ki je enak c, je napetost, ki jo prevzamejo vlakna, prenizka, da bi nadomestila zmanjšanje trdnosti polimerne matrice. Šele od b, cr lahko skupna trdnost ojačanega vlakna nadomesti zmanjšanje trdnosti matrice, trdnost plastike pa se začne povečevati.

Za vsako plastiko je značilen svoj b, cr, ki je pri izbranem polimernem vezivu manjši, močnejša so ojačitvena vlakna, pri izbrani vrsti vlaken pa raste z naraščajočo trdnostjo veziva c.

Največja stopnja polnjenja, max idealno ustreza takšni gostoti pakiranja vlaken, pri kateri se dotikajo drug drugega vzdolž tvornice cilindričnih površin. Končna gostota pakiranja se doseže pri različnih stopnjah polnjenja.

LLC в, max = 0,785, heksagonalni LLC в, max = 0,907 Tetragonal LLC LLC Če se uporabljajo vlakna različnih premerov, je mogoče doseči v, max = 0,924.

Optimalna stopnja je manjša od največje v, opt 0,846 / (1 + min / D) 2, kjer je min najmanjša možna razdalja med vlakni.

Značilnosti strukture in lastnosti polimernih kompozitnih materialov (PCM).

PCM z visoko vsebnostjo vlaken. Fizikalne in mehanske lastnosti kompozitov so v bistvu odvisne od relativne vsebnosti komponent. Po "pravilu mešanice" višja kot je vsebnost vlaken, večja je gostota njihove embalaže, višja (pri drugih enakih pogojih) mora biti modul elastičnosti in trdnosti kompozitov. Izračun masne vsebnosti vlaken v materialu temelji na njihovi količini v vzorcu, ki se določi iz tehnoloških premislekov (linearna gostota, število slojev tkanine ali parametri navijanja). Za steklena vlakna lahko uporabite metodo izgorevanja veziva. Obstaja razmerje ox + sv = 1.

Teoretično je največja možna vsebnost vlaken enega premera z najgostejšo šesterokotno embalažo 90,8 % prostornine. Ob upoštevanju realne disperzije premerov vlaken (10%) se ta vrednost zmanjša na približno 83%. V mnogih delih je optimalna vsebnost vlaken w = 0,65. Ta vrednost očitno ne označuje debeline vezivnih filmov (so različni), temveč vlaknast okvir, ki nastane med tvorbo materiala z eno ali drugo metodo. Vpliv faktorjev sile (napetost med navijanjem in pritisk stiskanja) je v tem primeru neučinkovit, saj bo vodil le do uničenja vlaken.

Pravi način za povečanje lastnosti elastične trdnosti kompozitov s povečanjem vsebnosti vlaken je kompaktiranje njihove embalaže v prepregu, dokler se njihov položaj v kompozitni strukturi ne fiksira. Z zmanjšanjem viskoznosti veziva in povečanjem učinka faktorjev sile je bilo mogoče povečati vsebnost steklenih in organskih vlaken v enosmernem kompozitu na 78 % prostornine. Hkrati so se njegove lastnosti elastične trdnosti ustrezno povečale. Teoretično vsebnost vlaken ni odvisna od njihovega premera, v praksi pa je to zelo pomembno. Pri ogljikovih vlaknih, ki imajo premer za polovico manjši od steklenih ali organskih vlaken, je bilo mogoče njihovo vsebnost CFRP povečati le do 65 %, saj je v takem sistemu težje premagati trenje in odstraniti presežek veziva.

Pri uporabi organskih vlaken SVM je mogoče dobiti visoko ojačano organoplastiko z vsebnostjo vlaken do 90-95%. To dosežemo zaradi nepopravljive toplotne deformacije vlaken v smeri, pravokotni na njihovo os, kar vodi do spremembe preseka vlaken iz okroglega v poljuben prerez zaradi stika s sosednjimi vlakni. Interakcija med vlakni CBM se doseže bodisi z najtanjšimi plastmi veziva, ki se verjetno delno nahaja znotraj vlaken, bodisi z avtohezijsko vezjo, ki nastane med medsebojno difuzijo komponent vlaken.

Modul elastičnosti in trdnosti obročastih vzorcev se linearno spreminjata praktično v celotnem območju povečanja volumske vsebnosti vlaken, kar kaže na izpolnjevanje "pravila mešanic".

Učinek povečanja lastnosti elastične trdnosti kompozita (20-40%) je tako pomemben, da znatno prekriva opaženo v nekaterih primerih zmanjšanje strižnih in prečnih lastnosti materialov ter povečanje njihove absorpcije vode.

V sestavnih delih, ki niso strižni, je treba uporabiti visoko in ultra ojačane kompozite. Za izboljšanje vremenske odpornosti so lahko zunanje plasti konstrukcije izdelane iz kompozitov z normalno ali povečano vsebnostjo veziva.

HIBRIDNA IN GRADIENTNO Ojačana plastika (HAP) C

PRILAGODLJIVE MEHANSKE LASTNOSTI

Ustvarjanje hibridnih polimernih kompozitnih materialov, ki združujejo dve ali več vrst vlaken - steklena, organska, ogljikova in borova, je obetavna smer v razvoju sodobne tehnologije, saj omogoča razširitev možnosti ustvarjanja materialov z želenimi lastnostmi. Najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na naravo mehanskega obnašanja HAP, zlasti med napetostjo, je vrednost končnih deformacij vlaken, ki ojačujejo material. Med HAP, ki združujejo vlakna s podobnimi deformacijskimi lastnostmi, so plastika, ojačana s steklenimi vlakni, in ogljikova boroplastika.

Mehansko obnašanje takšnih materialov pri napetosti, stiskanju, upogibanju in strigu v bistvu ustreza načelu aditivnosti, to je »pravilu mešanic«.

Pri preučevanju HAP opazimo drugačno naravo pravilnosti, ki združujejo vlakna z različno deformabilnostjo. Pri raztezanju ogljikovega stekla, ogljikovo-organskega, borovega stekla in bor-organoplastike se uničenje vlaken ne pojavi hkrati.

Končna deformacija kompozita je v tem primeru določena predvsem z deformacijo tistih vlaken, katerih volumetrična vsebnost prevladuje.

Vlakna z visokim modulom označimo z indeksom "1", vlakna z nizkim modulom pa z indeksom "2".

Pri visoki vsebnosti vlaken z visokim modulom elastičnosti (in majhni vrednosti končne deformacije 1) se trdnost kompozita izračuna po formuli k1 = 1 (ECBf + E11 + E22) Pri visoki vsebnosti vlaken z nizkim modulom elastičnosti se trdnost kompozita k izračuna po formuli k2 = 2 (ECBf + E22) Mehanizem uničenja trikomponentnih materialov se spremeni, ko je doseženo določeno kritično razmerje večmodulnih vlaken µcr, pri kateri je enako verjetno uničenje vlaken z različnimi prelomnimi raztezki, tj k1 =.

k2. Če zanemarimo moč matrike, dobimo razmerje 1 Е11 + 1Е22 = 2 Е22, po transformaciji katerega imamo:

1/2 = k = Е2 (2 - 1) / 1 Е1 Ker je 2 = 1 - 1, potem je µкр2 = k / (1 + k).

Za plastiko, ojačano z ogljikovimi vlakni, lahko vzamemo E1 = 250 GPa, E2 = 95 GPa, 1 = 0,8%, 2 = 3,5%, nato k = 0,3; µcr1 = 23 % ali µcr2 = 77 %.

Koncept kritične prostornine velja tudi za kompozite, ki temeljijo na eni vrsti vlaken. Zaznamuje prehod od uničenja veziva do uničenja vlaken.

Zaradi velike razlike v njihovih elastičnih lastnostih je µcr zelo majhen in znaša 0,1-0,5 % vlaken.

Poglejmo si krivulje deformacije plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, z različno vsebnostjo žic različnih modulov. V začetnem odseku I so krivulje deformacije linearne, ogljikova in steklena vlakna so deformirana skupaj, modul elastičnosti je sestavljen iz dveh komponent in ustreza aditivnim prikazom. Vzorci, ki vsebujejo več kot kritično količino ogljikovih vlaken, se uničijo pri deformaciji 0,7-0,9%. Nelinearni odsek II na krivuljah deformacije plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, v kateri je vsebnost ogljikovih vlaken manjša od kritične, se lahko šteje za odsek "psevdoplastičnosti" zaradi postopnega drobljenja ogljikovih vlaken v matrici iz steklenih vlaken, ki zagotavlja celovitost materiala. Nelinearni odsek II se konča pri deformaciji približno 2%. Nadalje je opazen skoraj linearni odsek III, v katerem modul elastičnosti ustreza deležu steklenih vlaken v kompozitu, končna deformacija pa

- omejitev deformacije steklenih vlaken 2 3-3,5%.

Pri večkratnem nalaganju vzorca je diagram popolnoma linearen in ustreza tretjemu odseku prvotne krivulje. Hkrati se razdrobljenost vlaken očitno pojavi med nadaljnjimi dvema ali tremi cikli obremenitve - razbremenitve, saj se šele po tem vzpostavi stalna korelacijsko odvisnost električnega upora od deformacije vzorca.

Za odvisnost natezne trdnosti HAP od razmerja multimodalnih vlaken je značilna krivulja z minimumom, ki ustreza kritičnemu razmerju vlaken.

Za materiale, ki so bili testirani na stiskanje, so diagrami in odvisnosti trdnosti skoraj linearne. Organska in ogljikova vlakna z nizko trdnostjo (pri stiskanju), ki so v stekleni ali boroplastični matriki, ne smejo izgubiti svoje stabilnosti med deformacijo in zato pri 2-3-krat večjih napetostih kot pri običajni plastiki, ojačani z organskimi in ogljikovimi vlakni. Te učinke, kot tudi povečanje deformabilnosti ogljikovih vlaken v matriki iz steklenih vlaken pod napetostjo, mnogi avtorji imenujejo sinergijski.

Vlakna različnih vrst so mešana znotraj iste plasti ali izmeničnih plasti.

Spodaj je nekaj primerov najbolj racionalne kombinacije večmodulnih vlaken v HAP:

kombinacija steklenih in organskih vlaken omogoča po eni strani pridobivanje materialov z višjo tlačno in strižno trdnostjo (v primerjavi z organoplastiko), po drugi strani pa poveča specifične lastnosti hibridnega sistema pod napetostjo (v primerjavi z do steklenih vlaken);

HAP na osnovi kombinacije steklenih in ogljikovih vlaken ima višji modul elastičnosti v primerjavi s steklenimi vlakni, hkrati pa ohranja posebne značilnosti trdnosti materialov pri stiskanju in rahlo zmanjša napetost; poveča se delo uničenja vzorcev;

dodajanje borovih vlaken steklenim vlaknom lahko znatno poveča njihov modul elastičnosti, hkrati pa ohrani (ali poveča) trdnost materialov pri stiskanju.

Ena od sort HAP je gradientni PCM, katerega struktura in lastnosti so prostorsko nehomogene. Gladka, nadzorovana sprememba lastnosti elastične trdnosti PCM v številnih primerih omogoča ustvarjanje enotnega polja napetosti. Na primer, ko so homogene lupine PCM obremenjene z notranjim ali zunanjim pritiskom s povečanjem debeline konstrukcije, opazimo znatno zmanjšanje njihovih efektivnih lastnosti elastične trdnosti. Polno obremenjene so samo plasti, ki mejijo na tlačni medij. Začenši z določeno debelino, PCM praktično preneha zaznavati dodatno obremenitev in ni smiselno povečati debeline lupine. Teoretično se temu pojavu lahko izognemo z uporabo PCM s spremenljivim (povečanjem debeline) modulom elastičnosti.

Hkrati se bodo lastnosti teže in velikosti materiala izboljšale za 1,5-2 krat.

V praksi je to možnost mogoče uresničiti, na primer z navijanjem PCM lupine plast za plastjo, s postopnim (v skladu z izračunom) povečanjem količine ogljikovih vlaken glede na steklo. S podobnimi težavami (in njihovo rešitvijo) se srečujemo tudi pri ustvarjanju super vztrajnikov ali rotorskih pnevmatik, ki se vrtijo z veliko hitrostjo. Spreminjanje položaja plasti z različno vsebnostjo vlaken povečuje strižno, vibracijsko in utrujenostno trdnost, vodo in vremensko odpornost materialov.

Gradientno-strukturni kompoziti znatno razširijo zmogljivosti PCM.

Tako strukturo imajo skoraj vse "naravne strukture" (debla in stebla rastlin, zaščitne iglice rastlin in živali, kljuni in perje ptic in številni drugi primeri). Očitno je, da v tej zadevi močno zaostaja za naravo in obstaja velika rezerva za izboljšanje lastnosti delovanja umetno ustvarjenih izdelkov.

"Inteligentni" kompoziti Konec XX stoletja. v znanosti o materialih se je pojavil nov izraz - "intelektualec"

materiali. Sprejet koncept "inteligentnega" materiala ga opredeljuje kot strukturni material, ki je sposoben samodiagnoze in samoprilagajanja. Ti materiali morajo biti sposobni prepoznati nastajajočo situacijo (čutna funkcija), jo analizirati in sprejeti odločitve (funkcija procesorja), pa tudi vzbuditi in izvesti potreben odziv (izvršilna funkcija).

Trenutno ni kompozitov, ki bi izpolnjevali vse naštete zahteve. Vendar pa je te naloge mogoče delno (postopno) rešiti, najprej naloge ustvarjanja materialov, ki obveščajo o njihovem stanju, o približevanju obratovalnih obremenitev največjim dovoljenim, o razpokanju, kemični koroziji, absorpciji vode itd. .

Glavna zahteva za senzorske elemente takšnih kompozitov je občutljivost na mehanske obremenitve in sposobnost porazdelitve po celotnem volumnu. Idealen senzor mora pretvoriti deformacijo v električne signale. V tem smislu se obetajo prevodna vlakna, ki jih je mogoče vgraditi v kompozite že pri njihovem nastajanju. Sem spadajo konstantanska ali nikromova žica, prevodna ogljikova ali borova vlakna, poliviniliden fluoridni piezoelektrični filmi itd.

Nadzor viskoelastičnih lastnosti polimernih kompozitov (odkrivanje napak) se izvaja z akustičnimi metodami, ki določajo razmerje med hitrostjo zvoka in koeficientom njegove absorpcije. Pri uporabi magneto-dielektričnih lastnosti polimerov za diagnostiko PCM je priporočljivo dodajati dispergirane (koloidne) delce magnetnih in električno prevodnih materialov, vključno z ultradisperznimi praški železa, bakra, niklja, ogljikovih nanodelcev (fulereni in nanocevke).

Načelo delovanja izvršilnih (prilagodljivih) mehanizmov je deformacija, ki je posledica kakršnih koli pojavov - segrevanja, dovajanja električnega signala itd. Za aktivacijo materiala so najbolj sprejemljivi piezoelektrični učinek, elektro- in magnetostrikcija ter učinek spomina oblike. Ti mehanizmi zagotavljajo pretvorbo električnega signala v sproženo deformacijo. Največji učinek opazimo pri kovinah s spominom na obliko. Zlitina titana in niklja zagotavlja do 2% deformacije. Drug pomemben kazalnik aktuatorja je njegov modul elastičnosti, ki določa možnost ustvarjanja danega napetostno-deformacijskega stanja. Običajno je primerljiv z modulom elastičnosti osnovnega materiala.

Postopek izdelave "pametnih" kompozitov je v osnovi enak kot pri izdelavi izdelka iz osnovnega materiala. V tem primeru je treba v gradivo vnesti informacije in izvršilne elemente, pri čemer minimalno kršite njegovo strukturo. Prav tako je treba biti pozoren na kompleksnost mikromehanskih procesov, ki se pojavljajo med strjevanjem veziva.

"Inteligentni" kompoziti so seveda material prihodnosti, vendar se že v tujini (v ZDA, na Japonskem, v Veliki Britaniji, Kanadi) izvaja intenzivno znanstveno in tehnično delo za ustvarjanje takšnih materialov za sodobno tehnologijo, predvsem letalstvo, raketa in vesolje itd. itd., pa tudi za množične medije. Primeri zasnove z uporabo "pametnih" materialov vključujejo sprednji rob krila letala F-15, segmentni reflektor in aktuatorje vrtljive strukture za vesoljska plovila, letala z zmanjšanim hrupom in vibracijami. Nemška podjetja, ki ustvarjajo sodobne vetrne generatorje, spremljajo stanje rezil s premerom do 100 m in več. Optična vlakna, nameščena znotraj materiala, omogočajo spremljanje strukturne celovitosti materiala in samodejno vzdrževanje obremenitev, ki delujejo na rezila, na optimalni ravni. Nadzira se tudi možnost razslojevanja materiala, na primer zaradi udara strele.

Odvisnost lastnosti kompozitne plastike od interakcije komponent Medsebojni vpliv komponent v medfazni coni je določen s sestavo sestave in pogoji njenega nastanka. V redkih primerih je mogoče vzpostaviti funkcionalno razmerje med mehansko zmogljivostjo in interakcijo.

Ko dimenzioniranje poveča oprijemno trdnost, obstaja korelacija med adhezijsko trdnostjo in natezno lomno napetostjo.

Izbira razporeditve vlaken je narejena na podlagi podatkov o porazdelitvi silnega polja in naravi obremenitve.

Preostale napetosti v izdelkih iz kompozitnih materialov vplivajo na lastnosti delovanja. Preostala napetost (mehanska, toplotna, krčna, difuzijska itd.) se razume kot napetosti, ki so medsebojno uravnotežene v prostornini izdelka, se v njem pojavijo kot posledica vpliva zunanjih sil, toplotnih in drugih polj in obstajajo v prostoru. produkt po prenehanju delovanja polja in izginotju začasnega stresa. Začasne temperaturne, krčne, difuzijske napetosti izginejo takoj, ko so temperatura, globina strjevanja, stopnja kristalnosti ali količina absorbirane snovi enake v celotnem volumnu materiala. Mehanske začasne napetosti izginejo po prenehanju delovanja zunanjega polja.

Preostale napetosti nastanejo v oblikovanem izdelku šele, ko največje začasne napetosti v nekem delu volumna izdelka presežejo mejo tečenja materiala in se v njem pojavijo nepopravljive deformacije (plastične in visoko elastične) pri običajnih temperaturah ali zaradi neenake stopnja transformacije (strjevanje, kristalizacija) posamezna področja volumna materiala pridobijo različne termoelastične lastnosti. Razlika v termoelastičnih lastnostih polimerne matrice in polnila vodi tudi do pojava preostalih napetosti.

Postopek oblikovanja poteka pri povišanih temperaturah in tlakih.

Posledično nastanejo temperaturni gradienti, ki se še povečajo, saj je strjevanje običajno eksotermno.

Med hlajenjem se v površinskih plasteh pojavijo znatne toplotne napetosti, ki lahko povzročijo nastanek dodatnih nepopravljivih deformacij in povzročijo povečanje preostalih napetosti v končnih izdelkih.

Metoda določanja preostale napetosti. Metoda s topilom.

Vzorec obdelamo s topilom, ki prodre v polimer in poveča napetost površinske plasti. Ko površinska napetost preseže lomno napetost nabrekle plasti, se v njej pojavi mreža majhnih razpok. V tem primeru je lg = lgm + nlgres, kjer je počitek preostala napetost (kg / cm2), m in n sta konstantni vrednosti.

Napetost na vmesniku med vezivom in polnilom.

Glavni razlog je krčenje polimerne matrice med strjevanjem in hlajenjem, ki se bistveno razlikuje od temperaturnega krčenja polnila, ki je z matriko povezano z lepilno vezjo. Tlak strjene smole na polnilo lahko izračunamo z enačbo (1 2) TE 2 P =, (1 + 1) + (1 + 2) (E1 / E 2), kjer sta 1 in 2 koeficienta toplotnega ekspanzija, T je razlika med temperaturami strjevanja in hlajenja, 1 in 2 - Poissonova razmerja, E1 in E2 - deformacijski moduli (1 - vezivo, 2 - polnilo).

Če napetosti v materialu niso simetrične, lahko povzročijo popačenje oblike.

TEMA 2. NENASIČENE POLIESTRSKE SMOLE

Nenasičeni oligoestri so oligomerni estri, pridobljeni z uporabo nenasičenih monomerov, ki vsebujejo vinilno skupino. Takšni oligomeri se pogosto uporabljajo pri proizvodnji ojačane plastike in drugih kompozitnih materialov. V tem primeru se uporabljata dve vrsti nenasičenih oligoestrov: oligoestrski maleinati in oligoestrski akrilati.

Idejo o združevanju reaktivnih polimerov in monomerov je v tridesetih letih prejšnjega stoletja predlagal K. Ellis, ki je odkril, da se nenasičene poliestrske smole, pridobljene z reakcijo glikolov z maleinskim anhidridom, strdijo v netopen trdni material, ko se doda peroksidni iniciator. Ellis je to odkritje patentiral leta 1936.

Oligoestrski maleinati se pridobivajo z interakcijo maleinskega anhidrida z dihidričnimi alkoholi (etilen glikol, dietilen glikol, 1,2-propilen glikol), druge dikarboksilne kisline (adipinska kislina, izoftalna kislina, izoftrična kislina, ftalni anhidrid itd.). Opozoriti je treba, da med sintezo oligomerov, ki se izvaja pri segrevanju od 50 do 230 ° C, pride do delne ali skoraj popolne izomerizacije maleatnih enot v fumarat: dvojne vezi fumarata so pri strjevanju 20-60-krat bolj aktivne kot maleatne reakcije in prispevajo k proizvodnji strjenega polimera bolj Visoka kakovost.

Ellis je kasneje odkril, da je mogoče pridobiti bolj dragocene izdelke z reakcijo nenasičene poliestrske alkidne smole z monomeri, kot sta vinil acetat ali stiren. Dodatek monomerov znatno zmanjša viskoznost smole, kar olajša dodajanje iniciatorja v sistem in omogoča močnejši in polnejši proces strjevanja. V tem primeru je polimerizacija zmesi hitrejša kot pri vsaki komponenti posebej.

Ker strjevanje poteka po radikalnem mehanizmu, se med strjevanjem v zmes vnesejo iniciatorji, ki služijo kot vir prostih radikalov in sprožijo verižno reakcijo polimerizacije. Prosti radikali lahko nastanejo iz peroksidov ali drugih nestabilnih spojin, kot je azoedinin. Za povečanje hitrosti njihove razgradnje se v sestavo dodatno vnesejo aktivatorji (promotorji).Tipična iniciatorja strjevanja sta benzoil hieroksid in kumen hidroperoksid kisline. Konaftenat se običajno uporablja za strjevanje polimeinatnih stirenskih veziv pri 20 - 60 °C. Pri 80 - 160 ° C - benzoil in dikumil peroksid.

Kisik je zaviralec. Zato se uvajajo voskaste snovi. Ker imajo nizko točko zmehčanja in so površinsko aktivna snov, pokrivajo površino veziva in jo ščitijo pred kisikom.

Včasih se za povečanje požarne odpornosti v polimaleinatna veziva vnesejo zaviralci ognja: Sb2O3, organske spojine, ki vsebujejo klor in fosfor.

Poliestrske sestavke brez stirena dobimo z zamenjavo stirena z manj hlapnimi (stiren je hlapljiv in strupen) monomeri, kot so divinilbenzen, viniltoluen, dialil ftalat.

Namesto stirena se kot aktivno razredčilo uspešno uporablja trietilenglikol dimetakrilat (TGM-3):

Pri sobni temperaturi so tekoče smole stabilne več mesecev ali celo let, z dodatkom peroksidnega iniciatorja pa se strdijo v nekaj minutah. Utrjevanje nastane kot posledica »reakcije adicije in preoblikovanja dvojnih vezi v enostavne; pri tem ne nastajajo stranski proizvodi. Stiren se najpogosteje uporablja kot adicijski monomer. Vzajemno deluje z reaktivnimi dvojnimi vezmi polimernih verig in jih šiva skupaj v močno tridimenzionalno strukturo. Reakcija strjevanja poteka s sproščanjem toplote, kar pa prispeva k popolnejšemu poteku procesa. Ugotovljeno je bilo, da običajno približno 90 % dvojnih vezi v polimeru reagira, ko se smola strdi.

Oligoestrski akrilati se pridobivajo s polikondenzacijo polihidričnih alkoholov, nasičenih alifatskih dikarboksilnih kislin in nenasičenih alifatskih kislin akrilne serije. Za sintezo teh oligomerov se običajno uporabljajo dihidrični alkoholi (glikoli). Oligoestrski akrilati so tekoče ali nizko talljive snovi z molekulsko maso 300-5000. Polimerizirajo se v prisotnosti iniciatorjev radikalne polimerizacije, se preoblikujejo v netopne in netopne polimere tridimenzionalne strukture, ki so glede na kemijsko strukturo začetnega oligomera trdni stekleni ali elastični materiali. Oligoestrski akrilati so sposobni kopolimerizacije z različnimi monomeri (stiren, metil metakrilat itd.), pa tudi s poliestrskimi maleinati.

Oligoeter akrilati imajo nedvomno prednost pred oligoeter maleinati: sposobni so homopolimerizacije, kar omogoča pripravo lakov in drugih sestavkov na njihovi osnovi brez uporabe zelo hlapnih in strupenih nenasičenih monomerov.

V stroki se oligoestrski akrilati strdijo z radikalno polimerizacijo ali kopolimerizacijo; volumetrično krčenje med strjevanjem je 4-10%.

Utrjevanje pri 50-120 °C (vroče utrjevanje) se začne s peroksidi benzoila, dikumila itd. Za utrjevanje pri sobni temperaturi (hladno strjevanje) se uporabljajo binarni sistemi (na primer benzoil peroksid + dimetilanilin; kumen hidroperoksid + naftenat ali kobaltov linoleat).

Utrjevanje oligoestrskih akrilatov lahko sprožimo tudi s svetlobo, visokoenergetskim sevanjem (γ-žarki, hitri elektroni) in katalizatorji ionske polimerizacije.

Epoksi akrilatne oligomere lahko štejemo za vrsto oligoestrskih akrilatov. Pridobljeno z interakcijo oligomerov, ki vsebujejo končne epoksi skupine z metakrilno ali akrilno kislino.

Predpolimere estrov alil alkohola pripravimo s polimerizacijo estrov alil alkohola in ftalne ali izoftalne kisline. Manj pogosto uporabljeni dialil maleinat, dietilen glikol bis-alil karbonat ali trialil cianurat.

Polimerizacijo izvedemo v monomernem mediju, pri čemer predpolimer oborimo z metanolom, ali v tanki monomerni plasti z destilacijo njegovega presežka na določeni reakcijski stopnji v vakuumu.

Reakcija se ustavi pred začetkom geliranja, tj. pred pretvorbo 25 % vseh dvojnih vezi v monomeru. Molekulska masa 6000, temperatura mehčanja ~ 60 ° C.

Predpolimeri imajo v normalnih pogojih dolgo življenjsko dobo. in visoko stopnjo strjevanja pri 135-160 °C v prisotnosti dikumil peroksida ali terc-butil perbenzoata. Predpolimeri se pogosteje uporabljajo pri proizvodnji prepregov in premiksov, ki imajo nižjo viskoznost in polnijo oblike pri nizkem tlaku.

Poliestrske smole se uporabljajo v najrazličnejših izdelkih, vključno s čolni, gradbenimi ploščami, avtomobilskimi in letalskimi deli, ribiškimi palicami in palicami za golf. Približno 80 % poliestrskih smol, proizvedenih v ZDA, se uporablja z ojačitvenimi polnili, predvsem s steklenimi vlakni.

Nearmirane poliestrske smole se uporabljajo pri izdelavi gumbov, pohištva, umetnega marmorja in kitov za telo.

Za razliko od večine drugih plastičnih mas, ki so sestavljene iz ene same sestavine, poliestrske smole pogosto vsebujejo več komponent (smola, iniciator, polnilo in aktivator). Kemična narava in razmerje komponent sta lahko različna, kar omogoča pridobivanje velikega števila različnih vrst poliestrskih smol.

Maleinski anhidrid se uporablja kot vir reaktivnih dvojnih vezi za veliko število nenasičenih poliestrskih smol. Pri interakciji z glikoli (običajno se uporablja propilen glikol) nastanejo linearne poliestrske verige z molekulsko maso 1000 ... 3000. Kljub nižji ceni etilen glikola v primerjavi s ceno propilen glikola se prva uporablja samo za pridobite več posebnih smol. To je posledica slabe združljivosti poliestrov na osnovi etilen glikola s stirenom. V procesu esterifikacije se cis-konfiguracija maleinskega anhidrida pretvori v fumarno transstrukturo. To se izkaže za koristno v povezavi z večjo reaktivnostjo dvojnih vezi fumarnega dela v reakciji s stirenom. Tako je visoka stopnja izomerizacije v trans strukturo pomemben dejavnik pri pripravi reaktivnih poliestrskih smol. Kljub visoki stopnji izomerizacije maleinskega anhidrida, ki doseže več kot 90%, se za pridobivanje poliestrskih smol s povečano reaktivnostjo uporablja dražja fumarna kislina.

Druge dvoosne kisline ali anhidride, kot so adipinska in izoftalna kislina ali ftalni anhidrid, se pogosto dodajajo osnovnemu reagentu, da se spremenijo končne lastnosti smole in nadzoruje število dvojnih vezi.

Tipična struktura poliestrske smole je prikazana spodaj (kjer je R alkilna ali arilna skupina modificirajoče dikisline ali anhidrida):

О О СН3 О О СН3 II II I II.11 I Н [О-С-R-С-О-СН-СН2-О-С-СН = СН-С-О-СН-CH2] nOH Zaradi različnih lastnosti in poceni poliestrske smole se pogosto uporabljajo za različne izdelke.

Vrste nenasičenih poliestrskih smol Zaradi široke palete lastnosti poliestrskih smol so primerne za uporabo v različnih aplikacijah. Spodaj so kratke značilnosti sedmih specifičnih vrst nenasičenih poliestrskih smol.

- & nbsp– & nbsp–

To vrsto poliestrske smole pripravimo z zaestrenjem propilen glikola z mešanico ftalnih in maleinskih anhidridov. Razmerje med ftalnimi in maleinskimi anhidridi se lahko giblje od 2:1 do 1:2. Nastalo poliestrsko alkidno smolo zmešamo s stirenom v razmerju 2:1. Smole te vrste imajo široko paleto uporabe: uporabljajo se za izdelavo palet, čolnov, delov za prhe, regalov, bazenov in rezervoarjev za vodo.

2. Elastična poliestrska smola

Če namesto ftalnega anhidrida uporabimo linearne dvobazične kisline (na primer adipinsko ali sebacinsko), nastane veliko bolj elastična in mehkejša nenasičena poliestrska smola. Dietilen ali dipropilen glikoli, ki se uporabljajo namesto propilen glikola, dajejo smolam tudi njihovo elastičnost.

Dodajanje takšnih poliestrskih smol trdnim smolam za splošno uporabo zmanjša krhkost in poenostavi obdelavo. Elastično smolo lahko dobimo tudi z zamenjavo dela anhidrida ftalne kisline z enobaznimi kislinami talovega olja, ki ustvarjajo prožne skupine na koncih polimernih verig. Takšne smole se pogosto uporabljajo za dekorativno oblikovanje v pohištveni industriji in pri izdelavi okvirjev za slike. Za to se celulozna polnila (na primer zdrobljene lupine orehov) vnesejo v elastične smole in vlijejo v kalupe iz silikonske gume. Odlično reprodukcijo lesenih rezbarij je mogoče doseči z uporabo kalupov iz silikonske gume, ulitih neposredno iz originalne rezbarije.

3. Prožne poliestrske smole Ta vrsta poliestrskih smol je vmesna med togimi splošnimi smolami in elastičnimi smolami. Uporabljajo se za izdelavo izdelkov, ki so odporni na udarce, kot so igralne žoge, zaščitne čelade, ograje, deli za avtomobile in letala. Za pridobitev takšnih smol se namesto anhidrida ftalne kisline uporablja izoftalna kislina. Prvič, z reakcijo izoftalne kisline z glikolom dobimo poliestrsko smolo z nizkim kislinskim številom. Nato dodamo anhidrid maleinske kisline in nadaljujemo z zaestrenjem. Posledično dobimo poliestrske verige s prevladujočo razporeditvijo nenasičenih fragmentov na koncih molekul ali med bloki, sestavljenimi iz glikol-izoftalnega polimera. Pri tej vrsti esterifikacije je ftalni anhidrid veliko manj učinkovit kot izoftalna kislina, saj se nastali monoester ftalne kisline nagiba k pretvorbi v anhidrid pri tistih visokih temperaturah, ki se uporabljajo za pridobivanje poliestrskih smol z visoko molekulsko maso.

4. Poliestrske smole z nizkim krčenjem

Ko se poliester, ojačan s steklenimi vlakni, oblikuje, razlika v krčenju med smolo in steklenimi vlakni povzroči luknje na površini izdelka. Uporaba poliestrskih smol z nizkim krčenjem ta učinek blaži, tako dobljeni liti izdelki pa ne zahtevajo dodatnega brušenja pred barvanjem, kar je prednost pri izdelavi delov za avtomobile in gospodinjske aparate.

Poliestrske smole z nizkim krčenjem vključujejo termoplastične komponente (polistiren ali polimetil metakrilat), ki se le delno raztopijo v prvotni sestavi. Med strjevanjem, ki ga spremlja sprememba faznega stanja sistema, nastanejo mikropraznine, ki kompenzirajo običajno krčenje polimerne smole.

5. Poliestrska smola, odporna na vremenske vplive

Ta vrsta poliestrskih smol ne sme porumeneti, ko je izpostavljena sončni svetlobi, za kar so v njeno sestavo uvedeni absorberji ultravijoličnega (UV) sevanja. Stiren lahko nadomestimo z metil metakrilatom, vendar le delno, ker metil metakrilat slabo sodeluje z dvojnimi vezmi fumarne kisline, ki je del poliestrske smole. Smole te vrste se uporabljajo pri izdelavi oblog, zunanjih plošč in strešnih oken.

6. Kemično odporne poliestrske smole Esterske skupine zlahka hidrolizirajo alkalije, zaradi česar je nestabilnost poliestrskih smol na alkalije njihova temeljna pomanjkljivost.

Povečanje ogljikovega skeleta izhodnega glikola vodi do zmanjšanja deleža etrskih vezi v smoli. Tako imajo smole, ki vsebujejo "bisglikol" (produkt interakcije bisfenola A s propilen oksidom) ali hidrogenirani bisfenol A, bistveno manj estrskih vezi kot ustrezna smola za splošno uporabo. Takšne smole se uporabljajo pri proizvodnji delov za kemično opremo: izpušne nape ali omare, posode in rezervoarje za kemične reaktorje ter cevovode.

7. Ognjevarne poliestrske smole

Letve in laminati iz poliestrske smole, ojačane s steklenimi vlakni, so gorljivi, vendar imajo relativno nizko stopnjo gorenja. Povečanje odpornosti smole na vžig in zgorevanje se doseže z uporabo namesto ftalnega anhidrida halogeniranih dikislin, kot so tetrafluoroftalna, tetrabromoftalna in "klorendična" (adicijski produkt heksaklorociklopentadiena maleinskemu anhidridu, znan tudi kot chaet kislina). Uporablja se lahko tudi dibromneopentil glikol.

Nadaljnje povečanje požarne odpornosti se doseže z vnosom različnih zaviralcev gorenja v smolo, kot so estri fosforne kisline in antimonov oksid. Ognjevarne poliestrske smole se uporabljajo v dimnih napah, električnih delih, gradbenih ploščah in trupih nekaterih vrst vojaških plovil.

Opisanih sedem vrst nenasičenih poliestrskih smol se najpogosteje uporablja v industriji. Obstajajo pa tudi smole za posebne namene. Na primer, uporaba trialil izocianurata namesto stirena bistveno izboljša toplotno odpornost smol. Z zamenjavo stirena z manj hlapnim dialil ftalatom ali vinil toluenom se lahko zmanjšajo izgube monomera med predelavo poliestrske smole. Posebne smole je mogoče pridobiti s strjevanjem z UV sevanjem, za kar se vanjo vnesejo fotosenzibilna sredstva, kot je benzoin ali njegovi etri.

Proizvodnja nenasičenih poliestrskih smol Običajno se za proizvodnjo nenasičenih poliestrskih smol uporabljajo šaržni postopki. To je posledica različnih surovin, potrebnih za proizvodnjo različnih smol, saj periodičnost postopka omogoča hiter in enostaven prehod na proizvodnjo drugih smol. Neprekinjeni postopki se običajno uporabljajo za obsežno proizvodnjo smol za splošno uporabo.

Prednostni konstrukcijski material za izdelavo opreme je korozijsko odporno jeklo zaradi svoje kemične odpornosti na polimerne smole in druge reagente, ki se uporabljajo pri izdelavi poliestrskih smol.

Ker ioni železa in bakra zavirajo polimerizacijo prostih radikalov poliestrskih smol, se ti materiali ne uporabljajo za izdelavo reaktorjev. Reaktorji s stekleno oblogo so prednostni pri uporabi materialov, ki vsebujejo halogen, kot surovine.

Običajno se v reaktor napolni glikol, nato pa se dodajo ftalni in maleinski anhidridi. Običajno se za kompenzacijo izgub zaradi izhlapevanja in stranskih reakcij uporablja 5-10 % presežek glikola. Pred mešanjem in segrevanjem se zrak v reaktorju izpodriva z inertnim plinom. Prva stopnja reakcije - tvorba "polestra" - se zgodi spontano pri relativno nizki temperaturi, nato pa se reakcijska masa segreje, da se konča tvorba estra. Hitrost pretoka inertnega plina skozi reaktor se lahko poveča, da se oddestilira voda iz kondenzacijske reakcije. Za popolnejšo odstranitev vode iz glikola, ki se vrne v reaktor, se pogosto uporablja toplotni izmenjevalnik, ogret s paro.

V zadnji fazi esterifikacije se temperatura reakcijske zmesi dvigne na 190 - 220 ° C. Višja temperatura spodbuja izomerizacijo maleatov v fumarate, hkrati pa povzroča stranske reakcije na dvojnih vezi. Obstaja optimalna temperatura, pri kateri delež fumarata doseže svoj maksimum. Za splošne smole se to zgodi pri 210 ° C.

Za kontrolo stopnje esterifikacije se določi kislost in viskoznost reakcijske mase in po doseganju zahtevanih vrednosti poliester prečrpamo v končni reaktor.

Ta reaktor že vsebuje potrebno količino stirena, poliestrska alkidna smola pa se v njem raztopi, ko pride. Za izključitev kakršnih koli polimerizacijskih procesov, ki se lahko pojavijo ob stiku vroče alkidne smole s stirenom, lahko na tej stopnji reakcijski masi dodatno dodamo inhibitor. Včasih je treba za vzdrževanje zahtevane temperature reakcijsko maso ohladiti. Po zaključku postopka se preveri skladnost lastnosti reakcijske zmesi s tehničnimi zahtevami. Celoten proizvodni cikel traja 10 - 20 ur.Opisani način za proizvodnjo poliestrskih smol se pogosto izvaja kot postopek taljenja. Talino reagenta segrevamo, dokler pretvorba ne doseže zahtevane ravni. Druga metoda uporablja majhno količino topila (toluen ali ksilen) za odstranitev vode, ki se sprosti med zaestrenjem, kot azeotropna zmes.

Topilo ni več kot 8 % celotne reakcijske mase; z dekantacijo se loči od vode in se vrne v reaktor. Po koncu postopka esterifikacije preostalo topilo oddestiliramo iz reakcijske zmesi, najprej pri atmosferskem tlaku, nato pa, da ga popolnoma odstranimo, pod vakuumom. Med esterifikacijami se lahko pojavijo nekatere stranske reakcije. Na primer, lahko pride do vezave hidroksilne skupine glikola na dvojno vez maleinskega ali fumarnega dela, da tvori razvejen polimer. Ugotovljeno je bilo, da se približno 10 - 15 % dvojnih vezi nenasičenega polimera porabi za stranske reakcije.

Najpreprostejši kontinuirani postopek za proizvodnjo nenasičenih poliestrskih smol je reakcija mešanice anhidridov maleinske in ftalne kisline s propilen oksidom.

Za sprožitev te verižne reakcije je potrebna majhna količina glikola. Ker reakcija interakcije anhidridov z epoksi skupinami poteka pri relativno nizkih temperaturah, dvojne vezi maleata niso izomerizirane v bolj aktivno trans konfiguracijo. Za izvedbo te izomerizacije, ki je potrebna za nadaljnjo interakcijo s stirenom, je treba nastali polimer dodatno segreti.

Neprekinjeno proizvodnjo poliestrske smole iz anhidridov in glikolov lahko izvajamo tudi v seriji ogrevanih reaktorjev z mešanjem, pri čemer se smolo zaporedoma črpa skozi reaktorje z različnimi temperaturnimi pogoji.

Utrjevanje nenasičenih poliestrskih smol Nenasičene poliestrske smole utrdimo z dodatkom iniciatorjev, ki služijo kot vir prostih radikalov in sprožijo verižno reakcijo polimerizacije.

Prosti radikali se lahko tvorijo iz peroksidov ali drugih nestabilnih spojin, kot so azo spojine. Te spojine se lahko razdelijo na radikalne fragmente, ko se segrejejo ali izpostavijo ultravijoličnemu ali drugemu visokoenergetskemu sevanju. Običajno poliestrska smola vsebuje inhibitor, ki je v bistvu lovilec prostih radikalov. Reakcija polimerizacije z uvedbo iniciatorjev se začne šele, ko je delovanje inhibitorjev premagano. Ta indukcijska doba omogoča mehansko mešanje smole, ki vsebuje iniciator, z ojačevalnim sredstvom in jo vstavi v kalup, potreben za strjevanje pred začetkom polimerizacijske reakcije. Hidrokinon in njegovi derivati ​​ter kvaternarni amonijevi halogenidi so dobri zaviralci polimerizacije.

Večina peroksidnih iniciatorjev, ko jih vnesemo v polimerno maso, se relativno počasi razgradi. Aktivatorji (promotorji) se uporabljajo za povečanje stopnje njihove razgradnje. Pravzaprav so aktivatorji katalizatorji iniciatorjev.

Tako iniciator kot aktivator sta reaktivni spojini, katerih burno interakcijo spremlja vžig ali celo eksplozija. Te spojine je treba smoli dodati ločeno, pri čemer se prepričajte, da se prva popolnoma raztopi, preden dodate drugo. Številne smole vsebujejo vnaprej dodan aktivator.

Utrjevanje poliestrske smole je določeno z razmerjem učinkov inhibitorja, iniciatorja in aktivatorja.

Substituenti pri atomu ogljika etilena imajo lahko dva učinka na reaktivnost dvojne vezi. Prostorski vpliv je posledica dejstva, da obsežne skupine zaslonijo dvojno vez in zmanjšajo sposobnost druge reaktivne skupine, da zavzame ugoden položaj za napad, s čimer se zmanjša reaktivnost celotne spojine. Polarnost je določena s sposobnostjo substituentne skupine, da pritegne ali daruje elektrone. Skupine, ki darujejo elektrone (npr. metil, fenil in halogen), naredijo dvojno vez elektronegativno. Prav to je njihov učinek, ki se kaže v stirenu, viniltoluenu in kloriranem stirenu.

Skupine, ki odvzemajo elektrone (kot sta vinil ali karbonil), naredijo dvojno vez elektropozitivno. To se zgodi v delcih fumarne kisline v verigah poliestrske smole. Nasprotna polarnost dvojne vezi v stirenu in v fumarnih delcih alkidne smole spodbuja njuno interakcijo in strjevanje poliestrskih smol. Monomerni stiren, ki je bolj gibljiv kot dolge polimerne verige nenasičenega poliestra, lahko homopolimerizira. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da je molsko razmerje stirena in dvojnih vezi poliestra 2:1 optimalno.

Pobudniki in aktivatorji

Za uporabo pri izdelavi poliestrskih smol je na voljo širok izbor sistemov iniciator-inhibitor-aktivator. Na primer, smola za splošno uporabo, ki jo inhibira hidrokinon, se lahko zelo hitro strdi, če se uporabi aktivni peroksidni iniciator, kot je metil etil keton peroksid, v kombinaciji z aktivatorjem, kot je naftenat ali kobaltov oktoat. V drugem primeru se za strjevanje poliestrske smole uvede veliko bolj stabilen iniciator, terc-butil perbenzoat. To omogoča, da se poliestrska sestava napolni s kalcijevim karbonatom in brušenimi steklenimi vlakni. Takšna in oblikovana zmes, ki vsebuje iniciator, je stabilna pri sobni temperaturi več mesecev, vendar se lahko strdi v eni minuti z vročim stiskanjem pri 140 do 160 °C.

Izbira primernega iniciatorja in njegove količine sta odvisna od vrste smole in njene temperature strjevanja, od zahtevanega časa za celoten postopek in od časa geliranja. Ker nobeden od razpoložljivih iniciatorjev običajno sam po sebi ne izpolnjuje vseh potrebnih zahtev, se za najboljše rezultate uporabljajo različne kombinacije iniciatorjev in iniciatorjev z aktivatorji.

Pri termično strjevanju poliestrskih smol je najpogosteje uporabljen iniciator benzoil peroksid (BP), ki je izjemno učinkovit in enostaven za uporabo. Je zlahka topen v stirenu, dolgo časa ga je mogoče hraniti brez izgube aktivnosti, je stabilen pri sobni temperaturi in se zlahka razgradi pri povišanih temperaturah. Poleg tega BP povzroči visok eksotermni temperaturni vrh, ki spodbuja popolno strjevanje smole. Količina BP, ki se vnese v smolo, se giblje od 0,5 do 2 %, odvisno od vrste smole in uporabljenega monomera. Pri uporabi BP v obliki paste (običajno pomešane s 50 % trikrezil fosfata) se količina vnesenega iniciatorja nekoliko poveča (~ 1 - 3 %).

Včasih je zaželeno (ali celo potrebno) strjevanje smole od začetka do konca izvesti pri nizkih temperaturah, da se toplota, ki se sprosti med polimerizacijo, razprši. To je še posebej pomembno pri mokrem oblikovanju laminatov, kjer je ogrevanje težko uporabljati. V takih primerih se običajno kot iniciator uporablja metil etil keton peroksid (MEK). Čeprav uporaba PMEC ne utrdi popolnoma smole pri sobni temperaturi, dodajanje aktivatorja .. (npr. kobaltov naftenat) vodi do geliranja in skoraj popolnega strjevanja smole v kratkem času.

TEMA 3. SMOLE NA TEMELJU KOMPLEKSNIH DIESTROV

VINIL OGLJEKOVE KISLINE

Smole na osnovi kompleksnih diestrov vinil karboksilnih kislin (DVA) so termoreaktivni polimeri, katerih glavna veriga je zaestrena na končnih hidroksilnih skupinah z ostankom, R, akrilnim (I: R = H) ali metakrilnim (II: R = CH3 ) kislina: -OC- C - R = CH2. Glavno verigo makromolekul teh smol sestavljajo epoksi, poliestrski, poliuretanski ali drugi segmenti, na osnovi epoksidnih smol pa se pridobivajo praktično dragoceni materiali.

Čeprav so bile različne DCA pridobljene v laboratorijskih količinah od poznih petdesetih let prejšnjega stoletja, je komercialno proizvodnjo teh smol ustanovil Shell Chemical šele leta 1965 pod blagovno znamko "epokrilne smole". Te smole so bile identificirane kot epoksi metakrilati in so imele odlično kemično odpornost, boljše od najboljših (takrat) poliestrskih smol.

Leta 1966 je Dau Chemical izdal smolo Derakan, ki je diester vinil karboksilnih kislin, in številne podobne smole, namenjene za premaze. Leta 1977 sta podjetji "Interplastic" in "Reichhold Chemical" začeli s proizvodnjo DVK pod imeni "Koretsin" in "Corrolit"

oz.

Lastnosti smole

Smole lahko uporabimo bodisi čiste (tj. brez razredčila) ali pomešamo z drugimi sestavinami. V slednjem primeru lahko smola vsebuje reaktivni komonomer, ki vsebuje vinil (stiren, vinil toluen, tri-metilolpropan triakrilat) ali nereaktivno "razredčilo" (metil etil keton, toluen). Običajno smole iz estra metakrilne kisline vsebujejo stiren in se uporabljajo pri izdelavi kemično odporne plastike, ojačane s steklenimi vlakni (GRP). Smole - derivati ​​- akrilne kisline se dobavljajo nerazredčene, ustrezni koreagenti pa se dodajajo neposredno v pripravo UV utrjljivih premazov in tiskarskih barv.

Fizikalne lastnosti in uporaba DCA so odvisne od vrste končnih skupin (metakrilna ali akrilna), od količine in vrste soreagentov, pa tudi od narave in molekulske mase blokov, ki sestavljajo glavno verigo makromolekul smole. Zaradi strjevanja DVKM-II, ki vsebuje stiren, pridobi visoko odpornost na kisline, baze in topila. Derivati ​​akrilne kisline so bolj občutljivi na hidrolizo kot derivati ​​metakrilne kisline, zato se običajno ne uporabljajo pri izdelavi kemično odpornih materialov. Zaradi visoke reaktivnosti so te smole prednostno utrjene zaradi sevanja.

Nerazredčeni DCA so trdne ali voskaste snovi. Zato se za zagotovitev viskoznosti, potrebne za obdelavo, in za povečanje njihove reaktivnosti v sestavo uvede tako reaktivna kot inertna razredčila.

Glavni del makromolekul DVA sestavljajo epoksi oligomerni bloki različnih molekulskih mas. Večja kot je molekulska masa takšnih blokov, večja je trdnost in elastičnost smole, vendar manjša je njena toplotna odpornost in odpornost na topila.

Za DVK je v primerjavi s kompleksnimi poliestri značilna nižja vsebnost estrskih skupin in vinilnih fragmentov. To vodi do povečanja odpornosti teh smol na hidrolizo, pa tudi do znižanja temperature največje eksoterme. Krčenje smole med strjevanjem se zmanjša. Tako kot poliestri ima tudi DVA omejen rok uporabnosti, kar je zagotovljeno z uvedbo inhibitorjev polimerizacije (pasti prostih radikalov) med postopkom proizvodnje smole.

Proizvodnja smole

DCA se pridobi z interakcijo metakrilne ali akrilne kisline z oligomerno epoksi smolo. Dodajanje kisline epoksidu (esterifikacija) je eksotermno. Kot rezultat te reakcije nastanejo proste hidroksilne skupine na oligomernem bloku, vendar ne pride do tvorbe stranskih produktov (kot na primer pri poliesterfikaciji, ko nastane voda). Po zaključku reakcije ali med njenim potekom se reakcijski zmesi dodajo ustrezna razredčila ali inhibitorji polimerizacije.

Epoksidne smole, ki se uporabljajo za proizvodnjo DVA, lahko temeljijo na bisfenolu A (v tem primeru dobimo splošnonamensko in toplotno odporno DVA), na fenolnovolacnih fragmentih (toplotno odporni DVK), kot tudi na na tetrabrominski derivat bisfenola A (ognjeodporna DVK). Pri pripravi DCA z akrilnimi skupinami na koncih se kot polimer glavne verige običajno uporabljajo oligomerni epoksi bloki na osnovi bisfenola A.

Utrjevanje

DVK, tako kot nenasičene poliestrske smole, vsebuje dvojne vezi, ki, ko se strdijo, reagirajo in tvorijo medmolekularne premreže. Ta proces poteka ob prisotnosti prostih radikalov, ki nastanejo kot posledica kemičnih, toplotnih ali sevalnih transformacij. Proces strjevanja s prostimi radikali vključuje faze začetka (indukcijsko obdobje), rasti in prekinitve verige. Iniciacija je stopnja, ki omejuje hitrost procesa, med katero iniciator zavira delovanje zaviralcev polimerizacije. To vodi do pojava reakcije vzdolž dvojnih vezi vinil etra, ki je del makromolekul, in njegovega sosredstva.

Oblikovanje Polizdelki (prepregi) na osnovi DVK za brizganje v razsutem stanju ali za plastično pločevino se uporabljajo za neposredno stiskanje fitingov za cevi, ohišja gospodinjskih aparatov, rotorja, črpalke in avtomobilske dele. Običajno ti prepregi vsebujejo približno enak utežni delež smole, zdrobljenih steklenih vlaken in polnil. Vključujejo tudi: "skriti" iniciator, pigmente, ločilno sredstvo in zgoščevalce.

TEMA 4. POLIBUTADIENSKA SMOLA

Polibutadienske smole so ogljikovodikove termoreaktivne smole z visoko molekulsko maso. Imajo odlične električne lastnosti, znatno kemično odpornost, dokaj visoko toplotno stabilnost, nizko absorpcijo vlage in se zlahka strdijo v prisotnosti iniciatorjev peroksida. Uporabljajo se lahko za obdelavo z neposrednim in brizganjem, brizganjem, mokro obdelavo laminatov in prepregov. Zaradi dejstva, da obstaja veliko derivatov polibutadiena, je obseg teh polimerov širok: uporabljajo se kot modifikatorji drugih smol, za izdelavo premazov, lepil in elektroizolacijskih mas za zalivanje.

Polibutadienske smole so bile izdelane okoli leta 1955 in uporabljene v spojinah tipa Bud v laboratorijih Injey. Smola, ki je bila uporabljena v teh spojinah, je bila sestavljena iz velike količine tekočega 1,2-polibutadiena, nekaj kopolimerov stiren butadiena in aduktov obeh smol. Od takrat podobne izdelke proizvajata Richardson in Lithium. Leta 1968 so pod blagovno znamko Gistil začeli proizvajati polibutadien z visoko vsebnostjo dvojnih vezi in majhno količino izocianatnih skupin na koncih makromolekul. Vanj smo vnesli določeno količino iniciatorja peroksida.

Zdaj to smolo proizvajata podjetji "Dianachem" in "Nippon Souda" pod trgovskim imenom "Nisso-RV". Ta smola je tekoči ataktični polibutadien z molekulsko maso 1000-4000, katerega približno 90 % dvojnih vezi se nahaja v stranskih verigah (vinilne skupine).

Obstajajo tri vrste te smole:

tip B ne vsebuje terminalnih funkcionalnih skupin; tip G vsebuje hidroksilne skupine in tip C - karboksilne skupine na obeh koncih makromolekul. Druge polibutadienske smole zdaj trži Colorado Chemicals pod imenom Rickon. Dienit smole so mešanica 1,2- in 1,4-polibuta-denena (Dienite PD-702, PD-503) ali mešanice z monomeri-koreagenti, kot je vinil toluen (PM-520, PM-503) oz. stiren butadien oligomer (PDPD-753).

Komercialne vrste polibutadienskih smol so običajno mešanice 1,2- in 1,4-polibutadienov z nizko molekulsko maso. Ti izomeri se razlikujejo po položaju reakcijskega centra, ki sodeluje pri polimerizaciji. 1,2-polibutadien, pri katerem se dvojne vezi nahajajo v stranskih verigah, je bolj reaktiven kot 1,4-polimeri, kjer so dvojne vezi v glavni verigi. Zato se smole z visoko vsebnostjo 1,2-polibutadiena strdijo hitreje in lažje, za pridobivanje visoko elastičnih materialov pa običajno uporabljajo smole z znatnim deležem 1,4-polimera.

Da bi 1,2-polibutadiensko (PBB) smolo lažje predelali v kompozitne materiale, jo je treba pridobiti z visoko molekulsko maso in ozko porazdelitvijo molekulske mase (MW). Za povečanje reaktivnosti smole med različnimi kemičnimi transformacijami se v njene makromolekule vnesejo terminalne funkcionalne skupine (na primer hidroksil, karboksil ali izocianat) in pripravijo se zmesi, ki vsebujejo polibutadien in reaktivne monomere, kot sta stiren in vinil toluen. Končne hidroksilne skupine omogočajo reakcije s poliuretani, karboksilne skupine pa z epoksi skupinami. PBB-ji, ki vsebujejo izocianatne končne skupine, se uporabljajo predvsem za pripravo električno izolacijskih lončnic.

Z visoko vsebnostjo vinilnih skupin (več kot 85 %) se polibutadienske smole zlahka strdijo v prisotnosti iniciatorjev peroksida. Reaktivne terminalne funkcionalne skupine omogočajo povečanje molekulske mase smole še pred strjevanjem. Povečanje MW vodi do zmanjšanja pretočnosti smole pred zamreženjem, kar povzroči želatinizacijo in pojav trdih polimernih struktur.

Posledično je dosežen tudi udobnejši tehnološki čas za obdelavo smole v reaktorju. Stopnjo rasti verige lahko nadzorujemo (čez čas), da dobimo polimere z različnimi lastnostmi: od visoko viskoznih tekočin do trdnih snovi z visoko MW. Sposobnost rasti verige je osnova za široko uporabo polibutadienskih smol pri pripravi stiskalnih sestavkov, premazov, lepil, elektroizolacijskih lončnic in termoreaktivnih laminatov. Spodaj navedeni derivati ​​polibutadiena se lahko uporabljajo tako kot modifikatorji za druge smole kot pri proizvodnji posebnih laminiranih plastičnih mas.

- & nbsp– & nbsp–

Utrjevanje s smolo Podobnost postopka utrjevanja polibutadienskih smol s strjevanjem dobro znanih poliestrskih polimerov z uporabo peroksidnih iniciatorjev jih naredi izjemno uporabne za kompozitno tehnologijo.

Polimerno strjevanje poteka skozi tri stopnje: nizkotemperaturno geliranje, visokotemperaturno utrjevanje in termično ciklizacijo. Pri nizkih temperaturah pride do povečanja molekulske mase in viskoznosti smole.

To lahko povzroči geliranje in začetek strjevanja. Visokotemperaturno strjevanje se začne pri 121 ° C, pri čemer prevladujejo reakcije na dvojnih vezjih vinilnih skupin. V tej fazi procesa nastajajo trdni produkti. Toplotna ciklizacija se začne pri temperaturi ~ 232 ° C, preostali nenasičeni fragmenti polimernega substrata pa reagirajo s tvorbo tesno zamreženega omrežja.

Spodaj so tipični podatki za obdelavo preprega:

Temperatura oblikovanja, ° C

Tlak, MPa

Cikel strjevanja pri 77 °C za laminirano plastiko debeline 3,2 mm, min |

Čas po strjevanju ................... Brez Kemična struktura in lastnosti Polibutadienske smole imajo odlične električne lastnosti in kemično odpornost. Visoka vsebnost ogljikovodikov in minimalna vsebnost aromatičnih snovi povzročata nizke dielektrične konstante in faktorje dušenja ter odlično kemično odpornost. Nizka vsebnost aromatskih fragmentov pojasnjuje visoko obločno odpornost, pa tudi odpornost proti tvorbi prevodnih sledi.

Te lastnosti polibutadienskih smol, podobne obnašanju polietilena, so povezane z odpornostjo teh polimerov na tvorbo ogljika med visokonapetostno pirolizo. Odsotnost estrskih vezi, zaradi katerih so poliestri občutljivi na kisline in baze, pojasnjuje hidrofobnost, pa tudi odpornost polibutadienskih smol na kisline in alkalije.

Uporaba PBB CM Zaradi svoje edinstvene kombinacije odličnih električnih lastnosti s kemično odpornostjo so bili PBB CM uspešno uporabljeni pri načrtovanju radarskih anten za radarske antene na krovu. Za delovanje v frekvenčnem pasu, ki presega območje K (10,9 - 36,0 GHz), je bila uporabljena ojačana epoksi steklena vlakna, ki zaradi visokih vrednosti dielektrične konstante (4,5 - 5,0) temu namenu ne zadostuje.

To postane jasno, če upoštevamo, da je debelina stene radare, kot izhaja iz spodnje enakosti, funkcija dielektrične konstante in delovne valovne dolžine:

n 0 D =, 2 (sin 2) 0,5 pri čemer je d debelina stene antenskega radarja; n je celo število 0 (n = 0 za tanko steno; n - 1 za steno z debelino, ki je enaka dolžini pol vala); 0 - valovna dolžina v prostem prostoru; - dielektrična konstanta; - vpadni kot.

Ker mora biti debelina stene radare neposredno sorazmerna z efektivno valovno dolžino, vendar obratno sorazmerna z dielektrično konstanto, kombinacija, ki hkrati poveča frekvenco in uporablja kompozitni material z visoko dielektrično konstanto, ustvarja problem neusklajenosti debeline stene pri uporabi daljših valovnih dolžin. .

Očitno je, da če se valovna dolžina hkrati zmanjša in se dielektrična konstanta materiala poveča, potem postane mogoče zmanjšati debelino sten ohišja. Vendar pa uporaba tankih sten predstavlja problem udarne loma, ki se lahko pospeši zaradi hude površinske erozije tankih laminatov.

Druga težava pri materialih z višjimi dielektričnimi lastnostmi je možnost odstopanja v debelini stene ohišja, kar vodi do višjih proizvodnih stroškov oziroma uporabe dodatnih materialov za zagotavljanje natančne »električne« debeline. Pri uporabi anten na letalih in ladjah so za CM, iz katerega so izdelani ohišji, naložene dodatne zahteve: imeti morajo stabilne lastnosti v širokem temperaturnem območju in v pogojih visoke vlažnosti. Stroge zahteve glede materiala, povezane z visokimi delovnimi frekvencami in težkimi okoljskimi pogoji, ni lahko izpolniti z uporabo običajnih kompozitov. Vendar pa se te zahteve lahko bolj v celoti uresničijo z uporabo materialov na osnovi polibutadienov.

Pri pripravi prepregov se strjevanje smol izvaja v prisotnosti iniciatorja peroksida. Kljub odlični obdelovalnosti tega CM in enostavnosti utrjevanja, ki se zaključi v eni fazi v 2 urah pri temperaturi 177 °C, nizke mehanske lastnosti v prečni smeri omejujejo njegovo uporabo kot konstrukcijskega materiala. Ta pomanjkljivost je verjetno povezana z visoko gostoto medmolekularnih premrež, kar vodi ne le do krhkosti, temveč tudi do nizke adhezije veziva na ogljikova vlakna.

Pri pridobivanju polibutadienske laminirane plastike za strukturne namene se uporabljajo različna ojačitvena vlakna: steklo, kremen in aramid (Kevlar-49). Za izdelavo radarjev za radarske antene so primerni kompoziti, ojačani z vlakni Kevlar-49 s volumskim deležem 60%. Da bi izboljšali nekatere mehanske lastnosti materiala, zlasti natezno trdnost v prečni smeri in v vmesnem strigu, je treba izboljšati oprijemne lastnosti in omočljivost vlakna Kevlar-49.

Dodatna zahteva pri uporabi teh materialov za izdelavo radarjev za radarske antene je nizka absorpcija vlage.

Skladiščenje Polibutadienske smole ne zahtevajo posebnih pogojev skladiščenja v primerjavi z običajnimi pogoji, povezanimi z uporabo hlapnih, vnetljivih organskih topil, kot sta heptan ali toluen. Pri 10 tednih skladiščenja pri 0, 20 ali 35 °C ni opazne spremembe viskoznosti ali ločevanja raztopine. Vendar se je treba izogibati daljšemu skladiščenju pri temperaturah nad 35 °C zaradi nagnjenosti raztopine k tvorbi gela.

EPOKSNE SMOLE Epoksidne smole so eno najboljših veziv za veliko število kompozitov vlaken iz naslednjih razlogov:

Dober oprijem na široko paleto polnil, ojačitvenih komponent in substratov;

Raznolikost razpoložljivih epoksidnih smol in utrjevalnih sredstev, ki omogočajo pridobivanje po strjevanju materialov s široko kombinacijo lastnosti, ki izpolnjujejo različne tehnološke zahteve;

Odsotnost vode ali kakršnih koli hlapnih snovi med kemičnim postopkom in majhni pojavi krčenja med strjevanjem;

Kemična odpornost in dobre električne izolacijske lastnosti.

Glavna sestavina epoksidnih veziv je mešanica oligomernih produktov z epoksi skupinami v končnih členih (epoksi smole).

Prejemajo jih:

interakcija epiklorohidrina z dvoatomskimi (redkeje poliatomskimi) alkoholi ali fenoli, da nastanejo diglicidni oksiestri CH2-CH-CH2Cl + HO-R-OH CH2-CH-CH2-OR - (- O-CH2-CH (OH) -CH2 -O- RO O) -O-CH2-CH-CH2 \ / O ali CH2-CH-CH2Cl + H2N-C6H4-NH2 \ / O ali CH2-CH-CH2Cl + HO-C6H4-C (CH3) 2-C6H4 -OH bisfenol A \ / O Najpogostejše smole so pridobljene iz epiklorohidrina in difenilolpropana (bisfenol A) (smole tipa ED) ali iz polikondenzacijskih produktov epiklorohidrina in metilolfenola (EP, EN epoksifenolne smole). V zadnjem času so bile uporabljene smole iz epiklorohidrina in anilina (EA smola), diaminodifenilmetana (EMDA).

Uporaba Epoksidne smole se uporabljajo pri izdelavi različnih kompozitnih materialov in konstrukcijskih delov. Uporabljajo se tudi kot kapsule in tesnilne mase, stiskalni praški in lepila.

Epoksidne smole so zelo odporne na kisline, alkalije in vlago, se ne deformirajo pri segrevanju na visoke temperature, imajo nizko krčenje in visoko volumsko upornost. Epoksidne smole se lahko uporabljajo ne samo za zaščito materialov pred okoljem, ampak tudi za lepljenje delov. V elektronski industriji se na primer epoksidne smole uporabljajo za kapsuliranje zvarjenih modulov, zalivanje navitij transformatorjev in motorjev ter tudi za tesnjenje spojev električnih kablov.

Od druge svetovne vojne se epoksidne smole uporabljajo za izdelavo orodja (na primer kalupov za žigosanje pločevine ali vzorcev za izdelavo delov). Polnila, ki ojačijo delce ali vlakna, se zlahka vključijo v smolo, kar zmanjša stroške in poveča dimenzijsko stabilnost. Možnost zamenjave kovin z epoksidnimi smolami je posledica dveh dejavnikov: ekonomičnosti proizvodnje in hitrosti (brez velikih stroškov materiala) spreminjanja. Poleg tega imajo te smole dobro zadrževanje oblike in velikosti, visoke mehanske lastnosti in nizko krčenje, kar omogoča njihovo izdelavo v dele s tesnimi tolerancami.

Oblikovanje Epoksidne ulivne mase (v prahu, delno strjene mešanice smole in trdilca, ki pri segrevanju postanejo tekoče) se uporabljajo za izdelavo vseh vrst konstrukcijskih delov. Polnila in ojačitve se zlahka vključijo v epoksidne smole, da tvorijo zmes za oblikovanje. Epoksidne smole zagotavljajo nizko krčenje, dober oprijem na polnila in ojačitvena sredstva, kemijsko stabilnost in dobre reološke lastnosti.

Vezivne epoksidne smole imajo najvišjo adhezivno moč od vseh znanih polimernih materialov. Uporabljajo se za impregniranje različnih substratov, hkrati pa zmanjšajo krčenje. Zato se te smole lahko uporabljajo za lepljenje številnih različnih materialov. Poleg tega se lahko strdijo pri različnih temperaturah in z različnimi hitrostmi, kar je zelo pomembno za industrijsko proizvodnjo lepil.

Izdelava CM z navijanjem vlaken in kot laminatov Ena najpomembnejših uporab epoksida ali veziva je v proizvodnji laminatov in kompozitov z vlakni za izdelavo strukturnih delov. Takšni deli se uporabljajo v različnih panogah, vključno z letalsko konstrukcijo, vesoljsko in vojaško tehnologijo. Laminati se uporabljajo tudi v elektronski industriji za izdelavo tiskanih vezij. V kemični in petrokemični industriji se široko uporabljajo posode in cevi iz epoksi kompozitov.

Epoksidne smole se lahko uporabljajo v različnih postopkih: mokro navijanje ali mokro oblikovanje laminatov, suho navijanje ali predimpregnirano plastenje pramenov vlaken, tkanine ali traku (kot prepregi). Na splošno so epoksidne smole dražje od večine drugih smol, vendar so zaradi njihove odlične zmogljivosti dolgoročno bolj donosne.

Utrjevanje smol z amini Velika večina epoksi oligomerov je bodisi viskoznih tekočin ali nizko talilnih trdnih snovi, ki so zlahka topne v ketonih, etrih in toluenu.

Trdilci za epoksi oligomere so glede na mehanizem delovanja razdeljeni v dve veliki skupini:

Zamreženi trdilci vsebujejo funkcionalne skupine, ki kemično medsebojno delujejo s funkcionalnimi skupinami epoksi oligomera;

Katalitična utrjevalna sredstva povzročijo nastanek prostorske retikularne strukture s polimerizacijo epoksi skupin.

Zamreženi trdilci vsebujejo v svojih molekulah amino, karboksilne, anhidridne, izocianatne, hidroksilne in druge skupine.

Trdilci aminskega tipa se uporabljajo za strjevanje v delovnem temperaturnem območju 0-150 °C. Kot alifatski amini se pogosto uporabljajo 1,6-heksametilendiamin in polietilen poliamini s splošno formulo H2N (CH2CH2NH), CH2CH2NH2, kjer je n = 1-4, ki imajo visoko aktivnost tudi pri temperaturi 20 ° C.

Uporabljeni aromatični amini so m-fenilendiamin, 4,4"-diaminodifenilmetan, 4,4"-diaminodifenilsulfon. Aromatični amini so manj aktivni od alifatskih in se strdijo pri temperaturah 150 °C in več.

Dicyandiamin se pogosto uporablja kot trdilec aminskega tipa.

Dicyandiamin praktično ne reagira z epoksi oligomeri pri sobni temperaturi, ampak jih hitro strdi pri povišanih temperaturah (150 ° C in več).

Za popolno zamreženje epoksi smole mora biti razmerje med številom vodikovih atomov v amino skupinah trdilca in številom epoksi skupin v smoli 1: 1. Reakcija med alifatskimi amini in epoksi skupinami poteka pri sobni temperaturi. Pri uporabi močnih aromatskih aminov je potrebno segrevanje. Kemična vez med atomi ogljika in dušika, ki nastane, ko je smola zamrežena z amini, je odporna na delovanje večine anorganskih kislin in alkalij. Vendar je ta vez manj stabilna na delovanje organskih kislin kot medmolekularne vezi, ki jih tvorijo trdilci drugih razredov. Poleg tega električne izolacijske lastnosti "amino-strjenih" epoksidov niso tako dobre kot pri drugih utrjevalnih sredstvih. To je lahko posledica polarnosti hidroksilnih skupin, ki nastanejo med strjevanjem.

Izocianatni trdilci zlahka reagirajo s hidroksilnimi skupinami epoksi oligomerov tudi v hladnih pogojih (= 20 °C). Pri visokih temperaturah strjevanja (180-200 ° C) je možna reakcija izocianatne skupine z epoksi skupino s tvorbo oksazolidonskega obroča. Kot izocianati se uporabljajo 2,4- in 2,6toluen diizocianati, heksametilen diizocianat in predpolimeri na njihovi osnovi s končnimi izocianatnimi skupinami.

Za utrjevanje epoksi oligomerov se pogosto uporabljajo fenol-formaldehidni oligomeri tako novolac kot resole. Novolaks utrjuje epoksi oligomere z reakcijo fenolnih hidroksil z epoksi skupinami pri 150-180 °C in v prisotnosti katalizatorjev (terciarnih aminov) pri 80 °C. V primeru rezolov reagirajo hidroksimetilne skupine rezolov s sekundarnimi OH skupinami epoksi oligomerov in poleg tega lahko alkilirajo aromatske obroče epoksi oligomerov.

Katalitična utrjevalna sredstva katalizirajo kationsko in anionsko polimerizacijo epoksi skupin.

Kationsko polimerizacijo sprožijo Lewisove kisline - BF3, BF30 (C2H5) 2, SnCl4 itd.

Anionsko polimerizacijo sprožijo hidroksidi in alkoholati alkalijskih kovin ter terciarni amini, kot sta trietanolamin in 2,4,6-tris (dimetilaminometil) fenol.

Pri anionski polimerizaciji v prisotnosti terciarnih aminov se aktivno središče tvori s kombinirano reakcijo amina, epoksi centra in alkohola po shemi OH OH Alifatski terciarni amini so običajno hladni utrjevalci. V zadnjem času se imidazoli (zlasti 2-etil-4-metilimidazol) uspešno uporabljajo kot trdilci Lewisove baze; Vendar pa lahko pri nekaterih ljudeh dražijo kožo in zato zahtevajo skrbno ravnanje.

Utrjevanje smol s kislinskimi anhidridi Kot sredstva za strjevanje kislin se najpogosteje uporabljajo ciklični aldehidi karboksilnih kislin, kot so ftalna, maleinska in tudi trimelitična (TMA), piromelitska (PMA), anhidrid benzofenon tetrakarboksilne kisline (ABTC). 180 ° C .

Skladiščenje teh trdilcev zahteva posebno skrb, da preprečite razgradnjo zaradi vlage v zraku. Za popolno strjevanje se reakcija izvede s segrevanjem. Pogosto se doda majhna količina pospeševalnika, da se pospeši proces strjevanja, ki je izjemno počasen. Obstajajo tudi anhidritni trdilci, ki reagirajo s smolo pri segrevanju nad 200 °C. Anhidridi kislin reagirajo z epoksi smolami in tvorijo estre. Za izvedbo te reakcije je potrebna odprtina anhidridnega obroča. Majhna količina snovi, ki vsebujejo proton (na primer kisline, alkoholi, fenoli in voda) ali Lewisove baze prispevajo k odpiranju obroča.

Esterska skupina, ki nastane kot posledica utrjevanja, je odporna na delovanje organskih in nekaterih anorganskih kislin, vendar jo alkalije uničijo. Nastali materiali imajo večjo toplotno stabilnost in boljše električne izolacijske lastnosti kot pri uporabi aminskih trdilcev.

Katalitsko utrjevanje z Lewisovimi kislinami Borov trifluorid, ena od Lewisovih kislin, se pogosto uporablja kot utrjevalno sredstvo za epoksidne smole. Ko se v majhnih količinah doda čisti epoksidni smoli, to utrjevalno sredstvo deluje kot katalizator za kationsko homopolimerizacijo smole, da nastane polieter. Borov trifluorid povzroči zelo hitro eksotermno polimerizacijo v nekaj minutah. Zato, ko se strdi velika količina smole, jo je treba za vzdrževanje sobne temperature v masi blokirati s posebno tehnologijo. Ko se kombinira z monoetilaminom (MEA), da tvori kompleks BF3-MEA, se borov trifluorid pri sobni temperaturi pretvori v latentno utrjevalno sredstvo. Pri temperaturah nad 90 °C postane aktiven in povzroči hitro strjevanje epoksidne smole, ki ga spremlja nadzorovano sproščanje toplote. Pri pripravi prepregov, ki jih pred predelavo pogosto hranimo več tednov, je uporaba latentnega trdilca nujna.

Epoksidne smole, ki vsebujejo kompleks BF3-MEA, se pogosto uporabljajo za tesnjenje, orodje, laminate in izdelke za navijanje.

Določena omejitev v tem primeru je zaznana nestabilnost prepregov in strdljivih sestavkov, ki vsebujejo VG3MEA, na vlago.

Pospeševalci Pospeševalce dodamo mešanicam smole in trdilca, da pospešimo reakcijo med njimi. Uvajamo jih v majhnih nestehiometričnih količinah, ki jih izberemo empirično, ob upoštevanju lastnosti nastalega materiala. Nekateri terciarni amini – katalizatorji strjevanja – so lahko tudi pospeševalci za številne sisteme. Najpogosteje se uporabljajo za povečanje hitrosti strjevanja epoksidnih smol s kislinskimi anhidridi. V ta namen se uporablja kositrov oktanat, ki je Lewisova kislina. V nekaterih primerih omogoča strjevanje pri sobni temperaturi.

Utrjeni epoksi lahko naredimo nekaj posplošitev glede razmerja med kemično strukturo in lastnostmi strjenih epoksi:

Več aromatičnih obročev je vključenih v sestavo epoksidne smole, večja je njena toplotna stabilnost in kemična odpornost;

Pri uporabi trdilcev aromatične serije nastanejo bolj togi in trpežni materiali kot pri alifatskih sredstvih, vendar povečana togost takšnih sistemov zmanjša molekularno mobilnost in s tem oteži interakcijo med reakcijskimi skupinami, strjevanje pa je v tem primeru izvaja se pri povišanih temperaturah;

Zmanjšanje gostote medmolekularnih "premrežev" lahko povzroči povečanje trdnosti materiala zaradi povečanja raztezka ob prelomu;

Zmanjšanje gostote zamreženja lahko vodi tudi do manjšega krčenja smole med strjevanjem;

Povečanje gostote "premreženja" vodi do povečanja kemične odpornosti strjenega materiala;

Povečanje gostote "mreži" vodi do zvišanja temperature toplotnega uničenja (in temperature steklastega prehoda Tc), vendar je gostota "mreži" previsoka.

zmanjša deformacijo uničenja (povečana krhkost);

Pri zamenjavi aromatskih fragmentov molekul z alifatskimi ali cikloalifatskimi, ki jih ne spremlja sprememba števila "zamrežnih povezav" v sistemu, se povečata elastičnost in raztezek strjene smole;

Epoksidne smole, strjene s kislinskim anhidridom, delujejo bolje v kislem okolju kot v alkalnem okolju.

Ker so epoksidne smole viskoelastični materiali, so njihove lastnosti odvisne tako od temperature kot od trajanja preskusa (hitrost, frekvenca).

Lastnosti posebej strjenih epoksidnih smol.

Pri uporabi epoksidnih sistemov, ki se posebej strdijo, je treba upoštevati nekatere omejitve. Na primer, v primeru izdelave velikih delov, ki so neprijetni za ogrevanje, in debelih stenskih delov, kjer bi morale biti toplotne napetosti minimalne, je neprimerna uporaba sistemov, ki zahtevajo visokotemperaturno strjevanje. V teh primerih se uporabljajo sistemi z nizkotemperaturnimi trdilci. Takšni sestavki vključujejo epoksi smole, ki se utrjujejo z alifatskimi amini. Utrjevanje takšnih sestavkov pri sobni temperaturi ima za posledico materiale z odličnimi lastnostmi, ki jih dodatno izboljša nizka toplota. Seveda teh smol ni mogoče uporabiti pri visokih temperaturah.

Epoksi oligomeri in polimeri se uporabljajo na različnih področjih tehnologije zaradi uspešne kombinacije enostavne tehnologije obdelave z visokimi fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi, toplotno odpornostjo, oprijemom na različne materiale, odpornostjo na različna okolja in zmožnostjo strjevanja pri atmosferskem tlaku z nizkim krčenje. Tako se pogosto uporabljajo v proizvodnji visoko trdnih konstrukcijskih materialov, v raketni in vesoljski tehnologiji, letalstvu, ladjedelništvu, strojništvu, elektrotehniki, radijski elektroniki, izdelavi instrumentov.

Epoksidni oligomeri in polimeri se pogosto uporabljajo kot matrice za proizvodnjo ogljikovih plastik, za katere je značilna kombinacija visoke trdnosti in togosti z nizko gostoto, nizkim temperaturnim koeficientom trenja, visoko toplotno in električno prevodnostjo, odpornostjo proti obrabi, odpornostjo na toplotne in sevalne učinke. Koksana in pirokarbonska epoksi ogljikova plastika je odporna na toplotno in toplotno oksidativno razgradnjo, ima visoke trdnostne lastnosti in ima dobre lastnosti toplotne zaščite.

Epoksidne smole so dobre matrice za izdelavo steklenih vlaken. Poleg steklenih vlaken in steklenih tkanin se uporabljajo kremenova vlakna in tkanine, borova ogljikova vlakna, silicijev karbid in druga anorganska vlakna.

Poleg anorganskih vlaken se vlakna iz organskih polimerov uporabljajo za pridobivanje ojačane epoksi plastike, zlasti sintetičnih vlaken visoke trdnosti iz poli-in fenilen tereftalamida in drugih aramidov.

Zaradi dobrega oprijema na steklo, keramiko, les, plastiko, kovine se epoksi oligomeri in polimeri pogosto uporabljajo pri proizvodnji lepil, toplo- in hladno utrjenih mas.

Epoksidni oligomeri se uporabljajo za tesnjenje in kapsuliranje različnih delov za zaščito okolja.

V elektrotehniki se epoksidni oligomeri uporabljajo za polnjenje navitij transformatorjev in motorjev, za tesnjenje spojev električnih kablov itd.

TEMA 6. TOPLOTNO OBJORNE SMOLE

Toplotno odporne smole so linearni ali zamreženi heteroaromatični polimeri z visoko temperaturo steklanja in lahko prenesejo dolgotrajno segrevanje na zraku nad 300 °C brez opaznih strukturnih sprememb.

Kljub procesu termooksidativnega uničenja, ki se v teh pogojih neizogibno pojavlja, je razgradnja takih polimerov razmeroma počasna. Poleg tega se domneva, da so fragmenti, na katere se ti polimeri razgradijo, relativno stabilni, kar podaljšuje "življenjsko dobo" materiala pri povišanih temperaturah.

Ključna točka pri pripravi toplotno odpornih smol je sinteza polimerov, ki vsebujejo veliko število heteroaromatskih fragmentov. Ti fragmenti, ki vsebujejo najmanjše število vodikovih atomov, ki so sposobni oksidacije, lahko absorbirajo toplotno energijo. Na žalost enaki elementi kemične strukture, ki določajo termično-oksidativno stabilnost tovrstnih smol, povzročajo resne težave, pogosto pa celo nezmožnost predelave v želene produkte.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so bili sintetizirani številni heteroaromatični polimeri, ki so imeli po termogravimetrični analizi (TGA) dobro termooksidativno stabilnost pri povišanih temperaturah. Vendar pa so bili poskusi uporabe teh polimerov kot veziva za kompozitne materiale z izboljšanimi lastnostmi bodisi neuspešni bodisi ekonomsko neugodni.

Zato je bila v zgodnjih 70-ih prihodnost toplotno odpornih polimernih veziv videti zelo nejasna in negotova. Zdelo se je, da bo ta uporabni razred materialov ostal "laboratorijska radovednost". Vendar pa je razvoj kemije poliimidnih polimerov v letih 1972-74. ne le oživilo zanimanje zanje in povzročilo nov razvoj na področju toplotno odpornih veziv, temveč je omogočilo tudi praktično realizacijo številnih potencialnih možnosti teh veziv. Trenutno se poliimidni vlaknati kompozitni materiali uporabljajo kot strukturni materiali, ki delujejo pri temperaturi približno 300 ° C. ali tridimenzionalni (prostorska mreža).

Glavna pomanjkljivost kompozitnih materialov na osnovi poliimidov visoke molekulske mase je njihova visoka poroznost, ki močno omejuje možnosti učinkovite praktične uporabe teh materialov v pogojih hkratne izpostavljenosti visokim mehanskim obremenitvam, visokim temperaturam in oksidacijski atmosferi.

Zato se zdi bolj smotrno uporabiti začetne taljive oligomerne imide, ki se lahko strdijo s polimerizacijsko reakcijo, saj polimerizacije ne spremlja sproščanje hlapnih stranskih produktov, ki vodijo v visoko poroznost nastalih materialov. Najpomembnejši so oligomerni imidi, ki jih je mogoče polimerizirati, ki vsebujejo maleimidne in endometilentetrahidroftalimidne skupine na koncih verig.

Tem zahtevam v veliki meri zadoščajo bismaleinimili, pridobljeni z interakcijo diaminov različnih struktur in anhidrida maleinske kisline. Dvojna vez v bis-maleimidih ima pomanjkanje elektronov zaradi bližine karbonilnih skupin imidnega obroča; zato bis-maleimidi zlahka polimerizirajo, ko se segrejejo nad tališčem, in tvorijo tridimenzionalne polimere.

VRAČANJE ODPADKOV INDUSTRIJSKEGA PODJETJA Odpadki nastajajo v procesu gospodarske dejavnosti praktično vseh podjetij. Zaradi dejstva, da količina odpadkov neposredno vpliva na ... "ZVEZNA AGENCIJA ZA IZOBRAŽEVANJE MOSKVA DRŽAVNA GRADBENA UNIVERZITETA PROGRAMA disciplina _Ekonomska ocena naložb_" GOSPODARSTVO JAVNEGA SEKTORJA "Izkazalo se je, da je problem državne regulacije interakcije trga mehanizmov in bi moral rass ... "Kandidat filozofskih znanosti, mlajši raziskovalec Oddelka za sociologijo in psihologijo N ..." sodelavci Oddelka za finance Dean Witter, ki prejmejo kratkoročno Stanford od ... "NV Mikhailova Državna univerza Minsk ..."

2017 www.site - "Brezplačna elektronska knjižnica - različna gradiva"

Gradivo na tem mestu je objavljeno v pregled, vse pravice pripadajo njihovim avtorjem.
Če se ne strinjate, da je vaše gradivo objavljeno na tem spletnem mestu, nam pišite, izbrisali ga bomo v 1-2 delovnih dneh.

2.5.9. Odstranjevanje ulitkov iz kalupov in jeder iz ulitkov

2.5.10. Zaključni postopki za obdelavo ulitkov

2.6. Izdelava ulitkov v enkratnih tankostenskih (lupičastih) kalupih

2.7. Druge metode vlivanja za enkratne vzorce

2.8. Izdelava ulitkov v več kalupih

2.8.1. Izdelava ulitkov v kovinskih kalupih (chill kalupi)

2.8.2. Izdelava visokotlačnih ulitkov v kovinskih kalupih

2.8.3. Stisnjeno litje

2.8.4. Neprekinjeno litje

2.8.5. Elektro žlindro litje

2.9. Spremenljivo tlačno litje

2.10. Zmrzovalno litje

2.11. Centrifugalno litje

2.12. Odlitje vzmetenja

2.13. Livarne zlitine

2.13.1. Koncept livarskih zlitin

2.13.2. Livne lastnosti zlitin

2.13.3. Mehanske lastnosti

2.13.4. Fizikalne in kemijske lastnosti

2.13.5. Tehnološke lastnosti

2.13.6. Operativne lastnosti

13.7. Kratke značilnosti livarskih zlitin

2.13.8. Taljenje livarskih zlitin

2.14. Tehnološke zahteve za načrtovanje ulitka

2.14.1. Splošni koncept proizvodnosti ulitka

2.14.2. Nekaj ​​osnovnih zahtev za načrtovanje ulitka

2.15. Osnove oblikovanja tehnologije izdelave ulitka

Oddelek 3. Obdelava kovin s pritiskom

3.1. Splošne informacije

3.1.1. Fizikalne osnove plastične deformacije

3.1.2. Prednosti oblikovanja kovin

3.1.3. Vpliv tlačne obdelave na strukturo in lastnosti kovin in zlitin

3.2. Segrevanje kovine pred tlačno obdelavo

3.2.1. Izbira temperaturnih pogojev za tlačno obdelavo

3.2.2. Grelne naprave

3.3. Vrste oblikovanja kovin

3.3.1. Proizvodnja valjanja

3.3.2. Stiskanje

3.3.3. Risanje

3.3.4. Kovanje

3.3.5. Masovno žigosanje

3.3.6. Žigosanje listov

3.3.7. Posebne metode tlačne obdelave

Razdelek 4. Tehnologija varilnih postopkov, spajkanja in lepljenja

4.1. Fizične osnove varjenja

4.1.1. Bistvo tvorbe varjenega spoja

4.1.2. Splošne značilnosti zvarnih spojev

4.2. Varjenje s fuzijo

4.2.1. BISTVO PROCESA OBLOČNEGA VARJENJA

4.2.2. Električni lok

4.2.4. Ročno obločno varjenje

4.2.5. Avtomatsko obločno varjenje

4.2.6. Varjenje z zaščitnim plinom

4.2.7. Plazemsko varjenje

4.2.8. Varjenje z elektro žlindro

4.2.9. Varjenje z elektronskim žarkom

4.2.10. Lasersko varjenje

4.2.11. Plinsko varjenje

4.3. Tlačno varjenje

4.3.1. Glavne metode uporovnega varjenja

4.3.2. Stroji za uporovno varjenje

4.3.3. Tehnologija točkovnega in šivnega varjenja

4.3.4. Tehnologija čelnega varjenja

4.3.5. Kondenzatorsko varjenje

4.3.6. Posebne vrste tlačnega varjenja

4.4. Fizikalno-kemijske osnove varljivosti

4.5. Tehnologija varjenja konstrukcijskih materialov

4.5.1. Značilnosti varjenja ogljikovih jekel.

4.5.2. Značilnosti varjenja legiranega jekla.

4.5.3. Značilnosti varjenja litega železa

4.5.4. Značilnosti varjenja neželeznih zlitin

4.6. Izdelljivost varjenih spojev

4.7. Materiali za spajkanje in lepljenje

4.7.1. Spajkanje

4.7.2. Lepljenje

Oddelek 5. Tehnologija proizvodnje izdelkov iz praškov, polimerov, kavčukov, kompozitnih in anorganskih materialov

5.1. Metalurgija prahu

5.1.1. Tehnološke osnove

5.1.2. Materiali v prahu

5.2. Samorazširljiva visokotemperaturna sinteza (SHS)

5.3. Polimeri

5.3.1. Struktura in lastnosti polimerov

5.3.2. Proizvodne tehnologije

5.4. kompozitni materiali (km)

5.4.1. Kompoziti kovinske matrike

5.4.2. Kompoziti polimerne matrike

5.4.3. Metode pridobivanja izdelkov iz km

5.5. Izdelki iz gume

5.6. Anorganski materiali

5.6.1. Anorgansko steklo

5.6.2. Keramika

6. razdelek. Tehnološke metode obdelave strojnih delov

6.1 Splošne informacije

6.1.1. Metode obdelave surovcev strojnih delov

6.1.2. Natančnost in hrapavost obdelave

6.2. Osnove rezanja kovin

6.2.1. Premiki rezanja in vzorci obdelave

6.2.2. Značilnosti rezanja in geometrija rezanega sloja

6.2.3. Elementi orodja za struženje

6.2.4. Koordinatne ravnine sekalcev

6.2.5. Statični rezalni koti

6.2.6. Fizični temelji postopka rezanja

6.2.7. Izbira pogojev rezanja in načinov za izboljšanje produktivnosti

6.3. Materiali za izdelavo rezalnih orodij

6.4. Splošne informacije o strojih za rezanje kovin

6.4.1. Razvrstitev orodnih strojev za rezanje kovin

6.4.2. Kinematični diagram stroja

6.5. Strojna obdelava

6.5.1. Metoda obračanja

6.5.2. Stružnica za vijačenje

6.5.3. Navpične stružnice

6.5.4. Stružnice - stružnice s kupolo

6.5.5. Avtomatske stružnice in polavtomatski stroji

6.6. Vrtalni in vrtalni stroji

6.6.1. Orodje za vrtanje in obdelavo lukenj

6.6.2. Vrste vrtalnih strojev

6.7. Obdelava na rezkalnih strojih

6.7.1. Način rezkanja in vrste rezalnikov

6.7.2. Rezkalni stroji za splošno uporabo

6.7.3. Dodatki za rezkalne stroje

6.8. Napenjanje

6.8.1. Vrste strojev in njihov namen

6.8.2. Rezalna orodja in obdelovalne sheme

6.9. Postopki rezanja zobnikov

6.9.1. Tehnike profiliranja zob zobnika

6.9.2. Orodje za rezanje zobnikov

6.9.3. Tehnološke metode rezanja zobnikov

6.10. Niti

6.10.1. Orodje za navoj

6.10.2. Rezanje niti z rezalniki in glavniki

6.10.3. Vrezovanje navojev z rezkarji

6.10. 4. Tapkanje

6.10.5. Tapkanje s kockami

6.10.6. Tapkanje po glavi

6.10.7. Valjanje niti

6.11. Abrazivna obdelava

6.11.1. Abrazivna orodja

6.11.2. Mletje

6.11.3. Honing

6.11.4. Superfiniš

6.11.5. Poliranje

6.11.6. Odpravljanje napak

6.12. Električne, kemične in kombinirane metode obdelave

6.12.1. Ultrazvočno rezanje

6.12.2. Rezanje z ogrevanjem

6.12.3. Metode obdelave z elektrorazelektritvijo

6.12.4. Kemične metode obdelave

6.12.5. Metode obdelave žarkov

6.13. Proizvodnost zasnove strojev, mehanizmov in delov

5.4.2. Kompoziti polimerne matrike

Kompozitne materiale s polimerno matriko odlikuje nizka gostota (1200 ... 1900 kg / m 3), nizka občutljivost na zareze, toplotna in električna prevodnost, visoka utrujenost in specifična trdnost, uporabnost obdelave, radijska preglednost (številni materiali ), itd Kot polimerne matrice za kompozite se uporabljajo kot termoreaktivni (predvsem) in termoplastični polimeri ter polnila - karkoli od naštetega.

Materiali na osnovi termoplastičnih polimerov z dispergiranimi polnili različne narave (smukec, grafit, kovinski oksidi, slojevita trdna maziva, kovinski prah, diskretna steklena vlakna itd.) se uporabljajo za izdelavo nizko in srednje obremenjenih delov strojev in naprav, delov karoserije, zobnikov in zobniki, ležaji in tesnila, pogonski jermeni, posode itd.

Med termoplastičnimi kompoziti so najbolj razširjeni materiali, polnjeni s steklom. Kot polnilo se uporabljajo vlakna s premerom 9 ... 13 μm iz aluminoborosilikatnega stekla brez alkalij, kratka (0,1 ... 1 μm) in dolga (dolžina 3 ... 12 mm) s stopnjo polnjenja 10 ... 40 % mase polimera. Proizvajajo se s steklom polnjene plastike na osnovi poliamidov, polikarbonata, polipropilena in drugih termoplastov. Polnjenje termoplastov s steklenimi vlakni poveča trdnostne lastnosti polimerov in toplotno odpornost, zmanjša lezenje za 1,5 ... 2-krat, zmanjša toplotno raztezanje za 2 ... 7-krat, poveča mejo vzdržljivosti in odpornost proti obrabi. Z vnosom trdnih plastnih maziv v kompozite, kot so grafit, molibdenov disulfid, borov nitrid itd., se zmanjša koeficient trenja polimerov in poveča njihova odpornost proti obrabi.

Trdnost kompozitov na osnovi termoplastov doseže 150 ... 160 MPa pri dovolj visoki udarni trdnosti (KCU = 8 ... 60 J / m 2).

Kompozitni materiali na osnovi termoreaktivne plastike so ustvarjeni na osnovi polimerov, ki se strdijo pri segrevanju ali pod delovanjem trdilcev, da tvorijo tridimenzionalne polimerne strukture, med strjenimi pri segrevanju sodijo kompoziti na osnovi fenolformaldehidnih, sečninskih in melaminformaldehidnih, organosilicijevih in drugih smol. Druga vrsta vključuje kompozite na osnovi polisiloksanov, epoksidnih smol in nenasičenih poliestrov.

Za termoreaktivne plastike je v nasprotju s termoplasti značilna popolna odsotnost hladnega toka, imajo bistveno večjo toplotno odpornost, so netopne in imajo zanemarljive lastnosti nabrekanja. Kažejo stabilnost lastnosti do temperature toplotne odpornosti, sposobnost, da prenesejo dolgotrajne obremenitve pri temperaturah od -60 do +200 ... 300 ° C, odvisno od vrste polimera, in imajo dobre dielektrične lastnosti. Toda ti materiali so manj predelljivi kot termoplasti.

Epoksidne smole imajo največji oprijem na polnilo. Utrjene epoksidne smole so odporne na alkalije, oksidante in večino organskih kislin. Vendar pa imajo kompoziti na njihovi osnovi nizke mehanske lastnosti, so odporni na toploto do 200 ° C, poleg tega pa so te smole strupene.

Kompoziti na osnovi silicij-organskih in poliimidnih veziv (do 280 ... 350 ° C) imajo najvišjo toplotno odpornost.

Uporaba epoksidnih smol in nenasičenih poliestrov omogoča pridobivanje materialov, ki se lahko strdijo pri sobni temperaturi (hladno strjevanje), kar je zelo pomembno pri izdelavi velikih izdelkov.

Kompozitni materiali z dispergirana polnila ki se uporabljajo kot prah organskih (lesna moka, celuloza) in mineralnih (kremen, smukec, sljuda, kovinski oksidi, trdna plastna maziva, vključno z grafitom, molibdenovim disulfidom, borovim nitridom) snovi, imajo izotropne lastnosti, nizko mehansko trdnost in žilavost.

Kot vlakneni ojačitveni materiali Uporabljajo se bombažni flis, vrvica, azbestna vlakna, steklena vlakna. V skladu s tem se ti materiali imenujejo steklena vlakna, kordofibre, azbestna vlakna, steklena vlakna.

Vlakna - plastike na osnovi bombažnih pletenic, impregniranih s fenol-formaldehidno smolo. Materiali imajo višjo udarno trdnost (do 10 kJ/m2) v primerjavi s stiskalnimi praški, vendar imajo veliko manjšo tekočnost, kar ne omogoča izdelave tankostenskih delov. Vlakna imajo nizke dielektrične lastnosti, so nestabilna na tropsko podnebje in imajo anizotropne lastnosti. Uporabljajo se za izdelavo izdelkov za splošne tehnične namene s povečano odpornostjo na vibracije in udarne obremenitve, ki delujejo pri upogibanju in torziji, na primer jermenice, prirobnice, ročaji, pokrovi itd.

Azbestna vlakna - kompoziti, ki vsebujejo vlaknasti mineral - azbest, ki se razgradi na tanka vlakna s premerom do 0,5 mikrona. Kot vezivo se uporabljajo fenol-formaldehidne in organosilicijeve smole. Imajo visoko udarno trdnost in toplotno odpornost do 200 ° C, odporne so na kisla okolja in imajo dobre torne lastnosti. Uporabljajo se predvsem kot materiali za zavorne naprave (zavorne ploščice, obloge, diski sklopke).

Azbestna vlakna na osnovi fenol-formaldehida se uporabljajo za proizvodnjo visoko trdnih toplotno odpornih delov za električne namene (električne plošče, visoko- in nizkonapetostni kolektorji) in na osnovi organosilicijevih polimerov - za dele, ki delujejo dolgo časa. pri temperaturah do 200 ° C (material K-41-5) in za komore za dušenje obloka kontaktorjev velike moči, priključne bloke (KMK-218). Najnovejši materiali so tropsko odporni. Faolite - azbestna vlakna, pridobljena z impregnacijo azbestnih vlaken s fenol-formaldehidno smolo, ki ji sledi valjanje mešanice, se uporablja za izdelavo kislinsko odpornih cevi in ​​posod.

Fiberglass so plastike, ki vsebujejo steklena vlakna kot polnilo. Uporabljajo se steklena vlakna s premerom 5 ... 20 mikronov, visoke trdnosti z začasnim uporom B = 600 ... 3800 MPa in visokomodulnega (VM-1, VMP, M-11), ki ima B = 3900 ... 4700 MPa in modul elastičnosti pri raztezanju do 110 GPa. Uporabljajo se vlakna, niti, snopi različnih dolžin, kar v veliki meri določa udarno trdnost steklenih vlaken. Tanjša kot je vlakna, manjša je pomanjkljivost in večja je njena trdnost.

Mehanske lastnosti steklenih vlaken so odvisne od sestave, količine in dolžine steklenih vlaken, vrste veziva, fizikalno-kemijskih procesov, ki se pojavljajo na vmesniku steklena vlakna in vezivo, in metode obdelave. Na primer, zamenjava steklenih vlaken iz stekla E (aluminosilikat brez alkalij) s steklenimi vlakni S (toplotno odpornimi visoko trdnimi) v epoksidnem vezivu poveča trdnost kompozita za 40%.

Da bi izboljšali omočljivost steklenih vlaken z vezivom, zmanjšali napetosti, ki nastanejo na vmesniku, in povečali oprijem med vlaknom in vezivom, vlakna dimenzionirajo (obdelajo) s spojinami, ki vsebujejo različne reaktivne skupine (vinil, metakril, fenil, amino). in imino skupine itd.). Zmanjšanje napetosti na meji vezivne plasti z vlaknom, zmanjšanje krčenja in poroznosti ter povečanje toplotne odpornosti so olajšani z vnosom polnil v prahu, zlasti strjenega vezivnega prahu, v vezivo.

Steklena vlakna se delijo na: zapletene vlaknate, zrnate in fino razpršene stiskalne mase.

Zapletena steklena vlakna dobimo z impregnacijo dolžin vlaken 40 ... 70 mm, čemur sledi puhanje in sušenje, da se odstrani topilo (na primer AG-4V). Pomanjkljivost teh materialov je neenakomerna porazdelitev veziva, večji razpršenost mehanskih lastnosti in manjša fluidnost v primerjavi z drugimi steklenimi vlakni.

Granulirana steklena vlakna(premiksi) se pridobiva z impregnacijo nezvite steklene preje in steklene preje, čemur sledi sušenje in razrez v granule dolžine 5, 10, 20 in 30 mm. Premer granul je 0,5 ... 8 mm. Material ima dobro pretočnost in fluidnost, večjo stabilnost mehanskih lastnosti. Ta kategorija materialov vključuje dozirana steklena vlakna DSV.

Fino dispergirane stiskalnice iz steklenih vlaken izdelano z mešanjem zdrobljenih steklenih vlaken do 1,5 mm dolžine z vezivom, čemur sledi granulacija (granule velikosti 3 ... 6 mm). Proizvaja se tudi "steklena drobtina" z zrnci do dolžine 10 ... 50 mm iz impregniranih odpadkov steklene tkanine.

Granulirana steklena vlakna z granulami do 6 mm se obdelujejo z brizganjem. Fino razpršena steklena vlakna se lahko obdelujejo z brizganjem, pri izdelavi izdelkov s kovinskimi okovi pa - z brizganjem. Steklena vlakna z dolžino zrnc 10 mm se obdelujejo z brizganjem in neposrednim stiskanjem, z dolžino zrnc 20 in 30 mm pa samo z neposrednim stiskanjem.

Iz steklenih vlaken so izdelani deli karoserije, elementi ščitov, izolatorji, vtični konektorji, antenski ohišji itd. Izdelki, ki delujejo pri temperaturah od -60 do +200 ° C, so izdelani na osnovi anilin-fenol-formaldehidnih smol in aluminoborosilikatnih steklenih vlaken brez alkalij, za temperaturno območje - 60 ... + 100 ° C na osnovi epoksidne smole.

Steklena vlakna na osnovi organosilicijevih smol delujejo do temperature 400 °C, z uporabo silicijevega dioksida ali silicijevih vlaken pa kratek čas in pri višjih temperaturah. Za toplotno zaščitne dele se uporabljajo steklena vlakna na osnovi silicijevih vlaken in fenol-formaldehidnih smol.

Na osnovi steklenih blazinic in nenasičenih poliestrskih smol, prepregi, ki se uporabljajo za izdelavo velikih delov (karoserije, čolni, deli karoserije naprav itd.). Uporaba usmerjenih vlaken omogoča pridobivanje steklenih vlaken z izboljšanimi mehanskimi lastnostmi. Na primer, usmerjeno stekleno vlakno AG-4S ima:  B = 200 ... 400 MPa, KCU = 100 kJ / m 2; medtem ko za AG-4V na osnovi zapletenega vlakna:  B = 80 MPa, KCU = 25 kJ / m 2.

Organovlakna so kompozitni materiali na osnovi polimernih veziv, pri katerih kot polnilo služijo organska polimerna vlakna (poliamid, lavsan, nitron, vinol itd.). Za ojačitev se uporabljajo tudi snopi, tkanine in preproge iz teh vlaken. Kot veziva se uporabljajo termoreaktivne smole (epoksi, fenol-formaldehidne, poliimidne itd.).

Uporaba polimernih veziv in polnil s podobnimi termofizikalnimi lastnostmi, pa tudi tistih, ki so sposobne difuzije in kemične interakcije med njimi, zagotavlja kompozitom stabilnost mehanskih lastnosti, visoko specifično trdnost in udarno trdnost, kemično odpornost, odpornost na toplotni udar, tropsko ozračje. , in odrgnina. Dovoljena delovna temperatura večine organskih vlaken je 100 ... 150 ° C, na osnovi poliimidnega veziva in toplotno odpornih vlaken - do 200 ... 300 ° C. Pomanjkljivosti teh materialov vključujejo nizko tlačno trdnost in lezenje.

Za pridobivanje kompozitov visoke trdnosti se uporabljajo vlakna na osnovi aromatičnih poliamidov (aramidna vlakna SVM, Terlon, Kevlar), ki imajo visoke mehanske lastnosti, toplotno stabilnost v širokem temperaturnem območju ter dobre dielektrične in utrujenostne lastnosti. Glede na specifično trdnost so ta vlakna slabša le od borovih in ogljikovih vlaken.

Borovoloknit - kompozitni materiali na polimerni matrici, napolnjeni z borovimi vlakni. Imajo dobre mehanske lastnosti, nizko lezenje, visoko toplotno in električno prevodnost, odpornost na organska topila, goriva in maziva, radioaktivno sevanje in ciklične izmenične obremenitve.

Borova vlakna se pridobivajo s kemičnim nanašanjem bora iz zmesi plinov BCl 3 + H 2 na volframov filament pri temperaturi ~ 1130 ° C. Za povečanje toplotne odpornosti so vlakna prevlečena s silicijevim karbidom, ki se prav tako odlaga iz parno-plinske faze v argon in vodik. Takšna vlakna se imenujejo borsic. Kot vezivo za borova vlakna se uporabljajo modificirane epoksidne smole in poliimidi. Borovoloknits KMB-3, KMB-Zk zagotavljajo zmogljivost izdelkov pri temperaturah do 100 °C, KMB-1 in KMB-1k do 200 °C in KMB-2k do 300 °C. Za izboljšanje proizvodnosti obdelave se uporabljajo kompoziti, ki vsebujejo mešanico borovih vlaken s steklenimi vlakni.

Borovoloknits se uporabljajo v letalski in vesoljski tehnologiji za izdelavo različnih profilov, plošč, delov kompresorjev itd.

Ogljikova vlakna (plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni) - kompozitni materiali na osnovi polimernega veziva in ogljikovih vlaken. Ogljikova vlakna so zelo odporna na toploto; specifična trdnost, kemična in vremenska odpornost, nizek koeficient toplotnega linearnega raztezanja.

Uporabljata se dve vrsti vlaken: karbonizirana in grafitna. Kot izhodni material se uporabljajo viskozna ali poliakrilonitrilna (PAN) vlakna, kamnite in naftne smole, ki so podvržene posebni toplotni obdelavi. V procesu visokotemperaturne obdelave v neoksidacijskem okolju pride do prehoda iz organskih v ogljikova vlakna. Karbonizacija se izvaja pri temperaturi 900 ... 2000 ° C, grafitizacija pa pri temperaturah do 3000 ° C. Glede na njihove mehanske lastnosti delimo ogljikova vlakna na visokomodula in visoko trdnost. Kot veziva se uporabljajo termoreaktivni polimeri: epoksi, fenol-formaldehidne, epoksi-fenolne smole, poliimidi itd., Pa tudi ogljikove matrice.

Ogljikova vlakna imajo dobre mehanske lastnosti, statično in dinamično vzdržljivost, vodo in kemično odpornost itd.

Ogljikova vlakna na osnovi epoksi-anilin-formaldehidnega veziva (KMU-3, KMU-Zl) so učinkovita pri temperaturah do 100 °C, na epoksi-fenolnih (KMU-1l, KMU-ly) do 200 °C, na poli- liimid (KMU-2, KMU-2l) do 300 °C, na ogljikovi matriki do 450 °C na zraku in do 2200 °C v inertni atmosferi.

Ogljikova vlakna se uporabljajo za izdelavo konstrukcijskih delov za letalsko in raketno tehniko, antene, ladje, avtomobile, športno opremo.

Laminirani kompozitni materiali imajo listna polnila (tkanine, papir, furnir itd.), impregnirana in med seboj pritrjena s polimernim vezivom. Ti materiali imajo anizotropne lastnosti. Kot vlaknene ojačitvene elemente se uporabljajo tkanine na osnovi visoko trdnih vlaken različnih narave: bombaž, stekleno-azbestna tkanina, organska tkanina, ogljikova vlakna, organo-steklo, boro-organo-steklo. Tkanine se razlikujejo po razmerju vlaken v osnovi in ​​votku, po vrsti tkanja, kar vpliva na njihove mehanske lastnosti. Laminirani kompoziti se proizvajajo v obliki listov, cevi, surovcev.

Getinax - plastika na osnovi modificiranih fenolnih, amino-formaldehidnih in sečninskih smol ter različnih vrst papirja.

Organogetinax je izdelan na osnovi papirja iz sintetičnih vlaken, največkrat iz aromatičnih poliamidov in polivinilalkohola. Kot veziva se uporabljajo poliimidi, fenol-formaldehidne, epoksidne smole in druge. V primerjavi z getinaki imajo večjo odpornost v agresivnih okoljih ter stabilnost mehanskih in dielektričnih lastnosti pri povišanih temperaturah.

Tekstolit - laminirana plastika na osnovi polimernih veziv in bombažnih tkanin. Material ima visoke mehanske lastnosti, odpornost na vibracije. Glede na glavni namen so PCB-ji razdeljeni na strukturne, električne, grafitne, fleksibilne blazine.

Strukturni tekstolitni razredi PTK, PT, PTM se uporabljajo za izdelavo zobnikov, drsnih ležajev, ki delujejo pri temperaturah v območju trenja, ki ne presegajo 90 ° C, v valjarnih, turbinah, črpalkah itd. Proizvedeno v obliki plošč z debeline 0,5 do 8 mm in plošče debeline od 8 do 13 mm.

Elektrotehnični tekstolit se uporablja kot električni izolacijski material v okoljih z delovnimi temperaturami od minus 65 do + 165 ° C in vlažnostjo do 65%. Proizvaja se v obliki listov debeline od 0,5 do 50 mm razredov A, B, D, VCh. Dielektrična trdnost v transformatorskem olju do 8 kV / mm. Razred A - s povečanimi električnimi lastnostmi za delovanje v transformatorskem olju in zraku pri industrijski frekvenci 50 Hz. Razred B - z izboljšanimi električnimi lastnostmi za delovanje na zraku pri frekvenci 50 Hz. Razred G - glede na lastnosti in področje uporabe je podoben razredu A, vendar z razširjenimi tolerancami za upogibanje in debelino. HF razred - za delovanje v zraku pri visokih frekvencah (do 10 6 Hz).

Grafitni tekstolit se uporablja za izdelavo ležajev kotalne opreme in se proizvaja v obliki listov debeline 1 ... 50 mm, dolžine do 1400 mm in širine do 1000 mm.

Fleksibilni blažilni tekstolit se uporablja za izdelavo tesnilnih in izolacijskih tesnil v strojnih enotah, izpostavljenih olju, kerozinu in bencinu. Proizvedeno v obliki listov debeline 0,2 ... 3,0 mm.

V azbestni laminati in asbogetinax kot polnila azbestna tkanina ali azbestni papir (do 60%) in kot vezivo - fenol-formaldehidne in melamin-formaldehidne smole, silicijevo-organski polimeri, ki določajo dovoljeno delovno temperaturo.

Materiali na melamin-formaldehidni osnovi omogočajo delovanje izdelkov pri temperaturah do 200 °C, na fenol-formaldehidni do 250 °C in na organosilicijevih do 300 °C pri dolgotrajnem delovanju. Za kratek čas lahko temperatura doseže 3000 ° C. Azbestni laminati se uporabljajo predvsem za izdelavo zavornih ploščic, zavornih oblog, kot toplotnoizolacijski in toplotno zaščitni materiali.

Laminati iz steklenih vlaken izdelan na osnovi steklenih vlaken in različnih polimernih veziv. Na fenol-formaldehidnih smolah (KAST, KAST-V, KAST-R) so bolj toplotno odporne kot PTK tekstolit, vendar slabše glede odpornosti na vibracije. Na organosilicijevih smolah (STK, SK-9F, SK-9A) imajo visoko toplotno in zmrzovalno odpornost, imajo visoko kemično odpornost, ne povzročajo korozije kovine v stiku z njo. Laminati iz steklenih vlaken se uporabljajo predvsem za velike izdelke za namene radijskega inženiringa.

Visoka udarna trdnost KCU do 600 kJ / m 2, končna trdnost do 1000 MPa anizotropni materiali iz steklenih vlaken, ojačana s steklenim furnirjem (SVAM). Glede na specifično togost ti materiali niso slabši od kovin, glede na specifično trdnost pa so 2 ... 3-krat višji.

Plastika, napolnjena s plinom lahko pripišemo tudi razredu kompozitov, saj je njihova struktura sistem, sestavljen iz trdne in plinaste faze. Razdeljeni so v dve skupini: pene in celične plastike. stiropor imajo celično strukturo, v kateri so pore med seboj izolirane s polimerno plastjo. Poroplastika imajo odprt porozni sistem in v njih prisotni plinasti ali tekoči produkti komunicirajo med seboj in z okoljem.

stiropor pridobljen na osnovi termoplastičnih polimerov (polistiren, polivinilklorid, poliuretan) in termoreaktivnih smol (fenol-formaldehid, fenol-kaučuk, organski silicij, epoksi, sečnina). Za pridobitev porozne strukture se v večini primerov v polimerno vezivo vnesejo komponente, ki tvorijo plin, imenovane porofore. Vendar pa obstajajo tudi samopeneči se materiali, na primer poliestrska uretanska pena, poliepoksi pena. Pene na osnovi termoplastičnih smol so bolj obdelovalne in fleksibilne, vendar je temperaturno območje njihovega delovanja od -60 do +60 ° C.

Poroplastika se pridobivajo predvsem z mehanskim penjenjem sestavkov, na primer s stisnjenim zrakom ali z uporabo posebnih penilcev. Ko se penasta masa strdi, jih topilo, ki se med sušenjem in strjevanjem odstrani s sten celic, uniči. Skozi pore je mogoče dobiti s polnjenjem sestavkov z vodotopnimi snovmi. Po stiskanju in strjevanju se izdelek potopi v segreto vodo, v kateri se izperejo topne snovi.

Penasta plastika se uporablja za izdelavo blažilnikov, mehkih sedežev, gobic, filtrov, kot tesnila za dušenje tresljajev in zvočno izolacijo v prezračevalnih enotah, dušilci zvoka, tesnila v čeladah in čeladah itd. Njihova gostota je 25 ... 500 kg / m 3.

Kovinsko-polimerni okvirni materiali so kompozitni materiali, pri katerih je nosilna podlaga tridimenzionalna kovinska mreža, medokvirna votlina pa je napolnjena s polimerno sestavo, ki vsebuje različne funkcionalne komponente (slika 5.11).

riž. 5.11. Struktura kovinsko-polimernega materiala okvirja (a) in materiala MPK (b):

1 - kovinski delci, 2 - polimer, 3 - trdno mazivo, 4 - pirolitični grafit

V strojništvu so našli uporabo kovinsko-polimernih samomazalnih materialov na osnovi kermetnega ogrodja in polimernih veziv, ki vsebujejo različna suha maziva (grafit, molibdenov disulfid, kadmijev jodid itd.). Takšni materiali se uporabljajo za izdelavo drsnih ležajev, valjčnih ležajev, batnih obročev itd.

Za pridobitev okvirja iz kermeta se uporabljajo prahovi iz kositrnega brona, nerjavnega jekla, steklokeramične keramike. Medokvirne votline se napolnijo s PTFE-4D z impregnacijo s 50 % vodno suspenzijo PTFE ali mešanico PTFE-4D s svincem. Kovinsko-keramični antifrikcijski material MPK, izdelan na osnovi prahu iz nerjavnega jekla, vsebuje pirografit in fluoroplastiko-4.

Tehnologija njegove proizvodnje je naslednja: okvir s poroznostjo 20 ... 70% je stisnjen in sintran iz kovinskih praškov. Nato se v posebni komori skozi pore spusti plin, ki vsebuje ogljik, pri temperaturi, ki zagotavlja pirolizo plina in odlaganje grafita na stene okvirja, dokler se ne zapolni približno 3/4 volumna por, nato pa izdelek je večkrat vakuumsko impregniran s suspenzijo fluoroplastike-4 s hkratno toplotno obdelavo.

Samomazalni materiali tega tipa so učinkoviti pri temperaturah do 250 ° C.

Uporaba samomazalnih trakovnih okvirjev je zelo obetavna; Pore ​​okvirja so napolnjene s sestavki na osnovi fluoroplastike-4 in trdnih maziv.

Materiali trakov So visoko tehnološke, omogočajo izdelavo drsnih ležajev (valjanih) in puš poljubne velikosti) omogočajo delovanje brez mazanja pri temperaturah do 280 ° C pri visokih tlakih (do 200 ... 300 MPa) in drsnih hitrostih. Uporaba kovinskega osnovnega traku in poroznega bronastega okvirja zagotavlja dobro odvajanje toplote iz območja trenja, PTFE-4, ki se nahaja v porah in na površini s trdnimi mazivi, pa ima nizek koeficient trenja in visoko odpornost proti obrabi tornih parov. Materiali trakov, kot so DU, DP, DQ, se pogosto uporabljajo v tujini.

Ena od pomanjkljivosti okvirnih trakov je majhna debelina površinske vhodne plasti (10 ... 20 mikronov), kar izključuje možnost mehanske obdelave ležajev po vgradnji v ohišje.

Učinkovita je uporaba samomazalnih okvirnih materialov, katerih ogrodje je sintrano iz kovinskih vlaken ali mrežic, kot matrica pa se uporabljajo različni polimerni sestavki ter materiali na osnovi ogljik-grafita in metaliziranih ogljikovo-grafitnih tkanin, impregniranih z polimerna veziva s trdnimi mazivi.

Trenutno se pogosto uporabljajo kompozitni lesni materiali, ki so ojačitveni lesni materiali (polnila), združeni v matrico (običajno polimerno) z uvedbo posebnih dodatkov. V nekaterih primerih se imenujejo lesna plastika ali KDPM (kompozitni lesni polimerni materiali).

iverne plošče - izdelki velikih velikosti, izdelani z vročim ploščatim stiskanjem lesnih delcev, pomešanih z vezivom. V skladu z GOST 10632-89 se plošče proizvajajo v velikostih 2440x1220; 2750x1500; 3500x1750; 3660x1830; 5500x2440 mm, debelina od 10 do 25 mm, polirana in nepolirana. V skladu z namenom so plošče razdeljene v tri razrede: P-1 (P-1M večplastni in P-1T troslojni)- izdelava ohišja, plošč in drugih delov v radijski in instrumentalni izdelavi, pohištva in konstrukcijskih elementov. Prevlečene s filmi na osnovi termoreaktivnih in termoplastičnih polimerov, barv in lakov; P-2 (P-2T in P-20 enoslojni, razdeljeni v skupine A in B) - proizvodnja ohišja naprav, strojev, posod in zabojnikov (razen živil), regalov, elementov pohištva in gradbenih konstrukcij. Uporabljajo se s furnirjem, dekorativnim papirjem - laminirano plastiko in brez obloge; P-3 (P-ET)- podrobnosti karoserij kombijev, predelnih sten avtomobilov, elementov gradbenih nosilnih konstrukcij. Glede na kakovost površine se plošče delijo na polirane (razreda 1 in II) in nepolirane (razreda I in II).

Vlaknene plošče (GOST 4598-86) so glede na gostoto razdeljeni na mehke (M), poltrde (PT), trde (T) in supertrde (ST) ter, odvisno od končne trdnosti pri upogibanju, na sedem razredov: M-4, M-12, M-20, PT-100, T-350, T-400 in ST-500, kjer številke pomenijo najmanjšo končno trdnost plošč pri upogibanju v kgf / cm 2. Debelina plošč 2, .5; 3.2; 4; 5; 6; 8:12; 16 in 25 mm, širina od 1220 do 1830 mm in dolžina od 1200 do 5500 mm. Zasnovan za uporabo v izdelkih in strukturah, zaščitenih pred vlago.

Leseni laminati (iverne plošče) - vroče stiskane večslojne furnirne plošče iz različnih vrst lesa, impregnirane s sintetičnimi smolami. Za iverne plošče so značilna visoka trdnost in odpornost proti obrabi, nizek koeficient trenja in dobre lastnosti pri utekanju.

iverne plošče z debelino od 1 do 15 mm so izdelane v obliki pravokotnih listov, z debelino od 15 do 60 mm - v obliki plošč. Plošče in plošče, zlepljene iz celih listov furnirja po dolžini, se imenujejo trdne, iz več pa - kompozitne (z rahlo zmanjšanimi lastnostmi). Masivne pločevine se proizvajajo s širino 950 mm in dolžino 700, 1150 in 1500 mm ter 1200x1500 mm; kompozit 2400x950, 4800x1200, 5000x1200 mm; polne plošče: 750x750, 950x700 (1150, 1500); 1200x1200 (1500), kompozitne plošče se proizvajajo v enakih velikostih kot kompozitne plošče. V skladu z GOST 13913-78 in GOST 20366-75 je iverna plošča razdeljena na 11 razredov.

Med perspektivni sklopi in deli iz KDPM je mogoče pripisati:

valji za transportne trakove;

Ohišja kotalnih ležajev;

slepi in prehodni pokrovi, lopute;

osrednji deli koles in valjev (kolesna središča z jeklenimi platišči);

bloki kablov za žerjave, teleferje, verižne dvigala itd .;

jermenice, zobniki, zobniki, pritrjeni na gredi z uporabo brezključnih povezav;

uteži, protiuteži, blažilniki, vztrajniki z notranjim delom iz stisnjenih kovinskih ostružkov in zunanjim delom KDPM;

notranje obloge za avtomobile, avtobuse, vagone, kabine različnih avtomobilov itd .;

bati pnevmatskih in hidravličnih cilindrov;

okenski okvirji;

okvirji za dele iz poliuretanske pene;

upognjeni lepljeni profili in furnirne plošče;

sendvič plošče z zunanjimi ploščami iz vezanega lesa, vlaknene plošče, iverne plošče, DSG1, iverne plošče ali kovine (jeklo, aluminij) in osrednjim delom iz penaste plastike z lesnimi polnili;

deli iz penaste plastike z lesnimi polnili za konstrukcijske in toplotnoizolacijske namene (npr. deli za pritrditev stropov avtomobilov, toplotna, hrupna in vibracijska izolacija avtomobilov, dizelskih lokomotiv, hladilnikov in garažnih vrat, toplotna izolacija cevi za brezkanalne polaganje itd.);

rezervoarji (cisterne za plin, sprejemniki itd.).

drsni ležaji, ki delujejo v načinu selektivnega prenosa;

Seveda obravnavana obetavna področja uporabe CMRM ne trdijo, da so popolna, ne izčrpajo vseh možnih področij uporabe in jih je mogoče znatno razširiti.