Bu makalede neyin tartışıldığını doğru bir şekilde anlamak için, önce - termoplastik kompozit malzemeler (T.K.M.) ifadesini doğru bir şekilde tanımlamanız ve tamamen farklı malzemelerden bahsettiğimiz için hiçbir durumda bir bileşikle karıştırılmaması gerekir. Peki termoplastik kompozit malzeme (kompozit) nedir? Her bir bileşenin kimyasal bireyselliğini korurken, aralarında net bir arayüze ve niteliksel olarak yeni özelliklere sahip iki veya daha fazla bileşenden oluşan heterojen çok fazlı bir malzemedir. Bağlayıcı görevi gören plastik bir tabandan (matris) ve çeşitli bileşenlerin tozlar, lifler vb. (dolgu maddesi) formundaki inklüzyonlarından oluşur. Matris, malzemenin sağlamlığını, dolgu maddesi arasındaki gerilimlerin aktarımını ve dağılımını sağlar, kompozitin sızdırmazlığını, ısısını, nemini, yangına ve kimyasal direncini, teknolojik ve ayrıca termofizik, elektrik ve radyoteknik özelliklerini belirler. Operasyonel ve teknolojik özelliklerin optimal kombinasyonu, matris ve dolgunun özelliklerini ve içeriğini, aralarında arayüzde, dolgunun oryantasyonunda etkileşime girerek düzenlemeye yöneliktir. Birkaç matrisin (polimatriks kompozitler) veya farklı yapıdaki dolgu maddelerinin (hibrit kompozitler) kullanımı, kompozitlerin özelliklerini düzenleme olanaklarını genişletir. Temel polimer sınıfları, termoplastik kompozit malzemelerin matrisi olarak kullanılır. Elastik mukavemet özelliklerinin ve deformasyon ısı direncinin seviyesine bağlı olarak modern temel termoplastik polimer çeşitleri, geleneksel olarak üç gruba ayrılır.

Moleküler yapılarına göre termoplastikler amorf ve kristal olmak üzere iki gruba ayrılır. Yapısal özellikleri nedeniyle, üreticiler için en büyük ilgi, daha yüksek düzeyde fiziksel özellikler sunabilen ikinci grubun polimerleridir. Mekanik özellikler ve büyük kimyasal direnç.

Dünya termoplastik üretiminin hacmi (1990'da - 86 milyon ton, 2000'de - 150 milyon ton, tahminlere göre - 258 milyon ton), dünya termoset üretiminin hacmini önemli ölçüde aşıyor. Toz halindeki katı dolgu maddeleri, çeşitli uzunluklarda lifler, çeşitli kimyasal yapıdaki liflerden oluşturulan dokuma ve dokuma olmayan yapılar dolgu maddesi olarak kullanılabilir. Yapılan işlevlere bağlı olarak dolgu maddeleri üç gruba ayrılır:

eylemsiz- barit, dolomit, doğal tebeşir, mermer vb. Kullanımları, malzemenin özelliklerinde bir miktar bozulmaya izin verildiğinde, nihai ürünün maliyetini düşürme arzusundan kaynaklanmaktadır;

Aktif- esas olarak doğal silikatlara dayalıdır - volastonit, kaolin, mika, talk. Gelişmiş teknolojik özellikleri “doğal faktörler” tarafından belirlenir: partiküllerin şekli, anizotropilerinin seviyesi, polimerlere göre partikül yüzeyinin kimyası;

İşlevselleştirilmiş veya yüzeysel olarak değiştirilmiş. Kompozit malzemelerin kalitesini ve rekabet gücünü artırmak için dolgu yüzeyinin organik ve/veya inorganik bileşiklerle fonksiyonel modifikasyonunun büyük önem taşıdığı bilinmektedir, bu da dolgu maddesine önemli parametreleri iyileştiren veya optimize eden ek özellikler kazandırmayı mümkün kılar. termoplastikten. Termoplastik kompozit malzemelerin üretimi için en umut verici olan üçüncü dolgu grubudur.

Yukarıdakilerle bağlantılı olarak, dolgu maddesi, ilgili teknolojik katkı maddelerini tamamlamayı, değiştirmeyi veya kaydetmeyi mümkün kılan özel özelliklere sahip bir taşıyıcı haline gelir. Polimerlerde dolgu maddelerinin kullanılması, en geniş uygulama yelpazesinde ürünlerin özelliklerini kontrol etmenizi sağlar.

Termoplastik kompozit malzemeler, nihai ürün için gerekli niteliklere ve uygulama kapsamına bağlı olarak şartlı olarak aşağıdaki gruplara ayrılabilir:

Dolgulu - mineral dolgu maddelerinin kullanılması nedeniyle artan mukavemet özelliklerine sahip - sertlik, mukavemet, büzülme direnci;

Alev geciktirici - artan yangın direncine sahiptir ve özel katkı maddelerinin kullanılması nedeniyle harici bir alev kaynağı olmadan yanmayı desteklemez - yangın geciktiriciler;

Yapıştırıcı - polimer-polimer, polimer-metal vb. sistemlerde artan yapışkan özelliklerine sahiptir. etilen vinil asetat kopolimeri, etilen etil akrilat kopolimeri gibi kopolimerleri modifiye ederek;

Donmaya karşı dayanıklı - mineral dolgu maddelerinin ve elastomerlerin eklenmesi nedeniyle düşük sıcaklıklara karşı artan dirence sahiptir;

Çapraz bağlı - polimerin radyasyon veya kimyasal çapraz bağlanması nedeniyle artan ısı direncine, mukavemete ve sertliğe sahiptir;

Polimatriks - farklı polimer derecelerinin karıştırılması nedeniyle baz derecelerden farklı ek özelliklere sahiptir;

Hibrit - çeşitli yapıdaki dolgu maddelerinin tanıtılması nedeniyle kompozitin özelliklerini düzenleme olasılıklarını genişletti.

Modern malzeme biliminin önde gelen sorunlarından biri, üreticilerin ve tüketicilerin oldukça çelişkili gereksinimlerini karşılayacak yeni nesil termoplastik kompozit malzemelerin yaratılmasıdır.

Sözlük.

Plastikler (plastikler, plastikler)- bir ürünün oluşumu sırasında viskoz-akan bir durumda ve çalışması sırasında camsı bir durumda olan bir polimer içeren yapısal malzemeler. Ürünlerin kalıplanması sırasında meydana gelen viskoz akıştan camsı duruma geçişin nedenine bağlı olarak, plastikler termosetler ve termoplastikler olarak ikiye ayrılır.

polimerler- Molekülleri (makromoleküller) çok sayıda tekrar eden gruptan veya kimyasal bağlarla bağlanmış monomer birimlerinden oluşan yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler.

termoplastikler- ısıtıldığında viskoz akış durumuna çoklu geçişlere izin veren polimerik malzemeler.

Reaktoplastikler, termoset plastikler- ısıtıldığında veya sertleştiricilerin etkisi altında, erimez ve çözünmez bir duruma dönüşen polimerik malzemeler.

elastomerler- polimerler ve bunlara dayalı malzemeler. Çok çeşitli çalışma sıcaklıklarında oldukça elastik özelliklere sahiptir. Tipik elastomerler kauçuklar ve kauçuklardır.

polimer bileşikleri- elektrik, radyo ve elektronik ekipmandaki iletken devrelerin ve parçaların izolasyonu için amaçlanan termoset oligomerlere (epoksi ve polyester reçineler, sıvı organosilikon kauçuklar) veya monomerlere (metakrilatlar, poliüretan sentezi için öncüler) dayalı bileşimler. Bileşikler için temel gereksinimler: hayır uçucu madde; yeterince büyük canlılık; düşük viskoziteli.

Polimerlerin ısı direnci- sıcaklık yükseldiğinde sertliği koruma (yani yumuşamama) yeteneği. Bu durumlarda ısı direncinin nicel göstergesi, sabit yük koşulları altında numunenin deformasyonunun belirli bir değeri aşmadığı sıcaklıktır.

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

UDC 541.6: 539.25

TERMOPLASTLARLA MODİFİYE EDİLMİŞ SENTETİK REÇİNELERE DAYALI MALZEMELERİN FAZ MORFOLOJİSİ ANALİZİNİN METODOLOJİK KONULARI (inceleme)

Polimer kompozit malzemelerin (PCM) kırılma tokluğunu arttırmanın etkili bir yolu, sentetik reçinelerin termoplastiklerle modifikasyonudur. Bu tür sistemlerde yapısal formasyona, karakteristik bir faz morfolojisinin oluşumu ile mikrofaz ayrımı eşlik eder. düşünülüyor ustalık derecesi termoset-termoplastik sistemlerin faz morfolojisinin elektron mikroskobik çalışmaları ve bunlara dayalı PCM'ler. Faz morfolojisi çalışmasında aşağıdaki metodolojik konular göz önünde bulundurulur: araştırma yönteminin bilgi içeriği seviyesi, mikro yapının zıt karakteristik unsurlarının etkinliği, temel morfolojik parametrelerin seçiminin mantığı ve ölçüm yöntemleri.

Tanıtım

Termoplastiklerle modifiye edildiklerinde termoset plastiklerin hizmet özelliklerinin iyileştirilmesi, polimer malzeme biliminde önemli bir alandır. Bu modifikasyonun temel amacı, termoset plastik ve buna dayalı kompozit malzemelerin kırılma tokluğunu arttırmaktır. Artan darbe ve çatlama direnci, özellikle uçak yapımında kullanılan malzemeler için önemlidir.

Birçok modern bilimsel çalışma, yeni malzemelerin geliştirilmesinde "kompozisyon-teknoloji-yapı-özellikler" yaklaşımının uygulanması gerektiğini vurgulamaktadır. Bu yaklaşım, artan kırılma tokluğuna sahip polimer kompozit malzemelerin (PCM'ler) geliştirilmesinde de etkilidir. Bileşenlerin fizikokimyasal özelliklerini ve termoplastik ile sentetik reçine karışımının bileşimini kontrol etmek, önceden belirlenmiş bir dizi özelliğe sahip yeni yapısal ve fonksiyonel malzemeler yaratmayı mümkün kılar. "Termoset-termoplastik" sisteme dayalı bir malzemenin özelliklerini düzenlemenin ve kontrol etmenin mümkün olduğu anahtar parametrelerden biri, faz morfolojisidir. Şu anda, PCM'lerin yapısal faz durumunun özellikleri üzerindeki etkisi, yoğun araştırmaların konusudur. ayrılmaz parça bilimsel çalışmalar PCM'nin polimer matrislerinin enerji tüketen özelliklerini iyileştirmek, faz morfolojisinin ve bunun malzemenin hizmet özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesidir.

Termoset-termoplastik sistemler, faz morfolojilerinde önemli ölçüde farklılık gösterir. Bileşenlerin konsantrasyonuna ve termodinamik uyumluluğuna, kürlemenin kimyasal reaksiyonunun başlama sıcaklığına ve bir dizi başka faktöre bağlı olarak, farklı faz morfolojisi ve arayüzey yapışması ile bir yapı oluşur. İlk reaksiyon karışımı, bir sentetik reçine içinde bir termoplastiğin homojen bir çözeltisiyse, kürleme reaksiyonu ilerledikçe, reçinenin moleküler ağırlığındaki bir artıştan dolayı termoplastiğin çözünürlüğü azalır. Kürleme reaksiyonu sırasında bileşenlerin termodinamik uyumluluğunu etkileyen bir diğer önemli faktör, fonksiyonel grupların reaksiyon ürünlerine dönüşümü sırasında sentetik reçinenin kimyasal yapısındaki değişikliktir. Pratik uygulama açısından ilginç olan termoset-termoplastik sistemlerin çoğunda, dönüşümde daha fazla artış mikrofaz ayrımına yol açar. Birincil morfoloji, ağırlıklı olarak a-fazında (ısı ile sertleşen plastikle zenginleştirilmiş faz) jelleşmeden önce oluşturulur. İkincil bir faz morfolojisinin oluşumu, α-fazında jelleşmeden sonra β-fazında (termoplastikle zenginleştirilmiş faz) gözlemlenebilir. İkincil faz morfolojisinin parametreleri, termoset-termoplastik sistemin sertleşme sonrası sıcaklığına duyarlıdır. "Sentetik reçine-termoplastik" sistemin özelliklerine ve kürleme rejiminin parametrelerine bağlı olarak, faz ayrışması çekirdeklenme ve büyüme mekanizması, spinodal ayırma mekanizması veya karışık bir tip ile ilerleyebilir. Faz ayrışma mekanizması, dağılmış fazın parçacıklarının boyutu, uzaysal dağılımı ve boyut dağılımı gibi morfolojik parametreleri belirler.

Başlangıç ​​reaksiyon karışımındaki termoplastik konsantrasyonu, kürlenmiş malzemenin faz morfolojisini belirleyen ana parametrelerden biridir. Termoplastik konsantrasyonundaki bir artışla, faz morfolojisi dağınık morfolojiden önce eş-sürekliye ve ardından fazın tersine çevrildiği morfolojiye değişir (Şekil 1). Kürleme sıcaklığının mikro yapının morfolojik parametreleri üzerindeki etkisini genelleştirmek çok daha zordur, çünkü kürleşmenin kimyasal reaksiyonları ve faz ayrılma oranlarının oranını değiştirir. Bilimsel ve teknik literatürün bir analizi, termoplastiklerle modifiye edilmiş sentetik reçinelere dayalı malzemelerin geliştirilmesinde, mikroyapısal çalışmalarda ana dikkatin, termoplastiğin konsantrasyonunun, kimyasal yapısının ve moleküler ağırlığının ve sıcaklık rejiminin etkisine verildiğini göstermektedir. malzemenin faz morfolojisi üzerinde kürlenme. Şu anda, kompabilizerler (arayüzey yüzey gerilimini azaltan ve polimer-polimer arayüzünde arayüzey yapışmasını artıran maddeler) kullanarak faz morfolojisi ve arayüzey yapışmasını düzenlemeyi amaçlayan aktif araştırmalar devam etmektedir.

Pirinç. 1. Faz morfolojisinin türü:

a - dağılmış; b - uyku-sürekli; c - fazın tersine çevrilmesi ile; d - termoplastik konsantrasyonu ile ilişkisi

Özel numune hazırlama yöntemleriyle birlikte elektron mikroskobu, polimer karışımlarının faz morfolojisini incelemek için bilgilendirici bir yöntemdir. Faz morfolojisinin elektron mikroskobik çalışmasının ana metodolojik konuları şunlardır: araştırma yönteminin bilgi içeriği seviyesi, mikro yapının zıt karakteristik elemanlarının etkinliği, temel morfolojik parametrelerin seçiminin doğrulanması ve ölçüm yöntemleri. Bu sorunların, çalışılan polimer malzemenin yapısının oluşumunun fizikokimyasal süreçlerinin derinlemesine anlaşılmasıyla birlikte çözümü, "bileşim-teknoloji-yapı" ilişkisi hakkında bilgi sağlayan yöntemlerden biri olarak elektron mikroskobunun geliştirilmesine katkıda bulunacaktır. "Termoset plastik-termoplastik" sistemlerine dayalı malzemelerde - özellikler" ... Bu makale, termoplastiklerle modifiye edilmiş sentetik reçinelere dayalı malzemelerin faz morfolojisine ilişkin elektron mikroskobik çalışmalarının mevcut durumunu ve bu çalışmaların sonuçlarının uygulamasını tartışmaktadır. Çalışmada sunulan tüm mikrograflar, termoset-termoplastik sistemlerin elektron mikroskobik çalışmaları sırasında makalenin yazarları tarafından elde edilmiştir (makale genel metodolojik konuları ele aldığından, belirli malzeme markaları hakkında bilgi verilmemiştir).

Malzemelerin yapısı çalışmasının bilgilendirici değeri

elektron mikroskobu yöntemiyle "termoset-termoplastik" sistemlerine dayalı

Termoset-termoplastik sistemlerin elektron mikroskobik çalışmasıyla sağlanan ana bilgi, faz morfolojisinin tipi, fazların geometrik özellikleri ve bunların uzaysal dağılımıdır. Birincil faz morfolojisi (α- ve β-fazlarına bozunma) taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile araştırılır. Malzemelerin yapısının bu düzeyde organizasyonu için, özelliklerin faz morfolojisi parametrelerine olan bazı korelasyon bağımlılıkları bilinmektedir. ilginç bir özellik Flory-Huggins ortalama alan modeli kullanılarak faz ayrımının termodinamik analizi temelinde tahmin edilen yapı oluşumu, β-fazının bozunması sırasında ikincil bir faz morfolojisinin oluşumudur. β-fazının ayrışması sırasında, termoplastik (δ-fazı) ile zenginleştirilmiş sürekli fazda termoset açısından zengin alanların (y-fazı) bir dağılımı oluşur. İkincil faz morfolojisi, bir mikrotom üzerinde hazırlanan mikron altı kalınlıktaki kesitlerde transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullanılarak araştırılır. Bilimsel literatürde, yapının bu düzeydeki organizasyonunu incelemeye ayrılmış sadece birkaç çalışma vardır, bu nedenle ikincil faz morfolojisi parametrelerinin malzemelerin özellikleri üzerindeki etkisi hakkında bilgi yoktur. İncirde. Şekil 2, polisülfon ile modifiye edilmiş bir epoksi ısıyla sertleşen plastiğin faz morfolojisinin fotomikrograflarını göstermektedir.

Pirinç. 2. Birincil ( a) ve ikincil ( B) "termosetting-termoplastik" sistemin faz morfolojisi

Elektron mikroskobik çalışmaların bilgi içeriği, fazların elementel bileşimi ve kimyasal yapısı hakkında bilgi elde etmek için ortak bir görevle birleştirilen bir dizi yöntem olan analitik elektron mikroskobunun kullanılması nedeniyle artık önemli ölçüde artmıştır. X-ışını spektral mikroanalizinin kullanılması, eğer bir karışımda zıt atomlar içeriyorsa, bir polimerin uzaysal dağılımını ortaya çıkarmayı mümkün kılar. Örneğin, termoset termoplastik sistemin termoplastik bileşeni polisülfon ise (kükürt atomları içerir), o zaman araştırmacı polisülfonun dağılımı hakkında kükürt atomlarının karakteristik X-ışını radyasyonunun yoğunluğundan bir sonuç çıkarabilecektir. Analitik transmisyon mikroskopisi yöntemiyle polisülfon ile modifiye edilmiş bir epoksi ısıyla sertleşen reçinede sülfürün konsantrasyon profilinin oluşturulmasına bir örnek Şekil 2'de gösterilmektedir. 3. Karakteristik faz oluşumlarının, koordinat boyunca kükürt konsantrasyonundaki değişikliğe karşılık geldiği ve bu, tanımlanan yapısal elemanların doğasını belirlemeyi mümkün kıldığı gösterilmiştir. "Termoset-termoplastik" sisteminin temel mikroanalizi sırasında uzaysal çözünürlük, aktarım analitik elektron mikroskobu yöntemleri kullanıldığında önemli ölçüde artar. Taramalı analitik elektron mikroskobu daha çok yönlüdür ve sadece mikroyapısal çalışmalar için değil, aynı zamanda fraktografik çalışmalar için de element bileşimi hakkında bilgi sağlar.

Pirinç. 3. Polisülfon ile modifiye edilmiş epoksi termoset plastikte sülfürün konsantrasyon profili

Polimerik malzemeleri incelemek için X-ışını spektral mikroanalizinin sınırlı uygulanabilirliği, bu yöntemin düşük atom numaralarına (C, O, N, vb.), düşük elektrik iletkenliğine ve yetersiz radyasyon-termal kararlılığına sahip elementlere karşı düşük duyarlılığından kaynaklanmaktadır. çoğu polimer. Bu yöntemin bir diğer dezavantajı ise sadece element bileşimi hakkında bilgi vermesidir. Yukarıda açıklanan dezavantajların birçoğundan yoksun olan umut verici bir yöntem, elektronlarla (EELE) karakteristik enerji kayıplarının spektroskopi verilerine dayanan bir elektron mikroskobik görüntünün oluşturulmasıdır. Bu yöntemin uygulanması, fazların kimyasal yapısı hakkında bilgi sağlar, özel kontrastlı numune hazırlama olmadan, yalnızca düşük atom numaralı elementlerden oluşan polimer karışımlarındaki faz oluşumlarını ortaya çıkarmayı mümkün kılar ve ayrıca nicel element analizinin doğruluğunu önemli ölçüde artırır. bu tür sistemlerden. Bu yöntemin kullanıldığı çalışmada, "bis (vinilfinil) etan-polifenilen oksit" sisteminde mikrofaz tabakalaşmasının işaretleri ortaya çıkarılmış ve oksijen dağılımının (ve dolayısıyla polifenilen oksitle zenginleştirilmiş fazın) haritaları uzaysal bir şekilde oluşturulmuştur. 10 nm'ye kadar çözünürlük.

Özel numune hazırlama yöntemleri

elektron mikroskobik inceleme için

Numune hazırlamanın ana görevi, malzeme mikro yapısının incelenen homojensizlikleri arasında en iyi kontrastı elde etmektir. Elektron mikroskobu yöntemine ve sistemin yapısal-faz durumuna ilişkin gerekli bilgilere bağlı olarak, farklı yöntemler zıt. TEM çalışmaları için numuneler mikrotomi kullanılarak hazırlanır. Mikrotom kesitlerinin kontrastla boyanması için en etkili araçlar, osmiyum tetroksit OsO 4 ve rutenyum tetroksit RuO 4'tür. Osmiyum tetroksit, doymamış bağlara sahip bileşenleri içeren fazları renklendirmek için kullanılır. Termoset-termoplastik sistemlerin faz morfolojisine zıtlık oluşturmak için RuO 4, eter, alkol, amin ve aromatik grupları içeren bileşenleri yoğun bir şekilde renklendirdiği için daha etkilidir.

SEM alan derinliği, bu yöntemin gelişmiş bir yüzey kabartmalı numuneleri incelemek için kullanılmasına izin verir. Bu bağlamda, faz morfolojisini SEM yöntemiyle incelemek için, polimer matrisinin yongaları belirli bir sıcaklıkta yapılır. sıvı nitrojen... Elde edilen numuneler, dağılmış fazın arayüzey yapışması ve parçacık boyutu dağılımının kabaca tahmin edilmesi için uygundur. Faz morfolojisinin nicel analizine ilişkin birçok çalışmada solventlerle seçici dağlama kullanılır. Organik çözücülerle aşındırma, termoplastik fazın tamamen çıkarılmasına yol açar ve doğrudan stereometrik kantitatif analiz için uygun bir elektron mikroskobik görüntünün elde edilmesini sağlar. SEM için bir başka popüler numune hazırlama yöntemi de ince kesitlerin imalatıdır. Bu durumda, mikrotomasyonda olduğu gibi, malzemenin iki boyutlu bir bölümü üzerinde faz morfolojisi çalışması yapılır ve gerçek uzamsal morfolojik parametreleri belirlemek için verilerin belirli bir matematiksel işleminin yapılması gerekir. .

Kalitatif ve kantitatif analiz ile belirlenen parametreler

faz morfolojisi ve bunların malzemenin makroskopik özellikleriyle ilişkisi

"Sentetik reçine-termoplastik" sisteminin özelliklerinin ve bu sistemin sertleştirme parametrelerinin en büyük etkiye sahip olduğu kalitatif bir faz morfolojisi parametresi, faz morfolojisinin türüdür. Bu parametre, malzemenin enerji tüketen özellikleri hakkında önemli bilgiler sağlar. Genel durumda, faz inversiyonu ile dağınık morfolojiden morfolojiye geçişle kırılma tokluğunun arttığı gösterilmiştir. Aynı zamanda, aynı anda kırılma tokluğunda önemli bir artışın sağlandığı ve termosetlerin değerli özelliklerinin (yüksek modül, ısı direnci, organik çözücülere direnç, vb.) sağlandığı optimum tip faz morfolojisi hakkındaki veriler korunur. Çalışma, termoplastiğin mümkün olan maksimum hacim fraksiyonu ile dağınık bir morfoloji oluşturulduğunda özelliklerin optimal kombinasyonunun elde edildiğini gösterirken, çalışma en etkili morfolojinin uykuda sürekli olduğunu gösterir. Bu çalışmalar, bir termoplastiğin dağılmış fazının hacim oranı gibi nicel bir morfolojik parametrenin kontrol edilmesi ihtiyacını göstermektedir. Bu parametrenin SEM yöntemi kullanılarak belirlenmesi en doğru şekilde ince bir kesit üzerinde gerçekleştirilir. Birinci temel stereometrik ilişkiye göre, malzemedeki fazın hacim oranı, ince kesit alanındaki fazın kesitlerinin kapladığı kısma eşittir.

Diğer önemli nicel morfolojik parametreler, fazların boyutu ve parçacık boyutu dağılımıdır. Bu parametrelerin doğrudan ölçümü, polimer matrisinin düşük sıcaklıkta yarılmasıyla gerçekleştirilir. Bu parametrelerin daha doğru değerleri, ince kesitler veya mikrotom bölümlerinin çalışmasında elde edilen verilerin özel matematiksel işlenmesiyle elde edilebilir. Matematiksel işleme algoritması ve matematiksel işlemenin gerçekleştirildiği model, çalışmada açıklanmaktadır. Çalışmada, termoplastiğin dağılmış fazının boyutunun 0.1 ila 10 um aralığında olması durumunda, modifiye edilmiş termoset plastiğin özelliklerinin optimal kombinasyonunun elde edildiği belirtilmektedir. Termoplastiğin dağılmış fazının parçacık boyutu, termoplastiğin konsantrasyonuna, kürlemenin sıcaklık rejimine, dengeleyicilerin kullanımına ve bir dizi başka faktöre bağlıdır. Dağınık morfolojinin oluşumuyla, termoplastik konsantrasyonundaki bir artışla termoplastik fazın parçacık boyutu artar. İlk sertleştirme sıcaklığının arttırılması zıt partikül boyutu eğilimlerine yol açabilir. Bilimsel literatür, ilk kürleme sıcaklığındaki bir artışla termoplastik fazın partikül boyutunda hem bir artış hem de bir azalma tanımlar. Bunun nedeni, sıcaklıktaki bir artışın, sertleştirme kimyasal reaksiyonunun hızında bir artışa ve faz ayrılma oranında bir artışa yol açmasıdır. Bu prosesler, termoplastiğin dağılmış fazının partikül boyutunu ters yönde etkiler ve hangi proses artan sıcaklıkla daha fazla yoğunlaşır ve kürlenmiş polimer matrisinin faz morfolojisini belirler. Bir dizi çalışma, termoplastik parçacıkların iki veya çok modlu boyut dağılımı ile morfoloji oluşumunun, malzemenin enerji tüketen özelliklerinde ek bir artışa yol açtığını göstermektedir. Böyle bir parçacık boyutu dağılımına sahip faz morfolojisi, sentetik bir reçinenin farklı kimyasal yapılardaki termoplastiklerle ortak modifikasyonu üzerine veya yüksek bir sertleştirme reaksiyonu hızında oluşturulabilir.

Faz morfolojisi parametrelerinin belirlenmesi, termoset-termoplastik sistemlerin fraktografik çalışmaları için önemli bilgiler sağlar. Şu anda, polimer matrislerin enerji tüketen özelliklerini artırmanın kalitatif mekanizmaları, dağılmış termoplastik parçacıklar tarafından açıklanmakta ve kantitatif sertleşme modelleri önerilmektedir. Termoplastiklerle modifiye edilmiş termoset plastiklerde sertleşmenin ana mekanizmaları, bir çatlağın termoplastik parçacıklarla üst üste gelmesi, termoplastik parçacıkların bir çatlakla bükülmesi ve matriste kesme bantları ve mikro çatlakların oluşumunu içerir. Polimer matrisinin enerji tüketen özelliklerini en etkili şekilde artıran mekanizmanın, termoplastiğin dağılmış fazının parçacıklarının, bu parçacıkların plastik gerilmesi ve kopmasının eşlik ettiği çatlak köprülemesi olduğu kabul edilir. Bu mekanizma, yüksek ara yüzey yapışması ve termoplastik fazın nano boyutlu parçacıkları ile gerçekleştirilir. İncirde. Şekil 4, eş-sürekli bir faz morfolojisine sahip polisülfon ile modifiye edilmiş bir epoksi ısıyla sertleşen reçinenin polimer matrisinin kırılma yüzeylerini göstermektedir. Dağınık morfoloji alanında, yapının karakteristik bir unsuru, plastik deformasyon sonucu tahrip olan termoplastik parçacıklardır. Faz tersine çevirme morfolojisi alanı, epoksi termoset plastik sert parçacıklarının etrafında büyüyen bir çatlağın bükülmesinin ve termoplastiğin sürekli fazının plastik deformasyonunun neden olduğu karmaşık bir kırılma yüzeyi kabartması ile karakterize edilir.

Modern FDM'lerin polimer matrisleri olarak termoset-termoplastik sistemlerin kullanıldığı gerçeği göz önüne alındığında, önemli bir konu, bir takviye edici dolgu varlığında faz morfolojisindeki değişimdir. Takviye edici dolgu liflerinin kimyasal yapısının ve yüzeylerinin durumunun faz morfolojisinin kalitatif ve kantitatif parametreleri üzerindeki etkisinin sistematik bir çalışmasına bir dizi bilimsel araştırma ayrılmıştır. Çalışmada, cam elyafların etrafında epoksi ısıyla sertleşen plastik ile zenginleştirilmiş bir tabakanın oluştuğu ve bu tabakanın PCM'nin dağılma özelliklerini olumsuz yönde etkilediği gösterilmiştir. Karbon ve aramid liflerinin çevresinde böyle bir katman bulunmadı. Kağıt, takviye dolgu maddesinin liflerine yakın termoplastiğin dağılmış fazının ortalama parçacık boyutunda bir artış bildirmektedir. Çalışmalarda, bir takviye dolgu maddesinin mevcudiyetinde faz morfolojisindeki değişimin nicel bir parametresi önerilmiştir: elyaftan belirli bir mesafede birim alan başına termoplastiğin dağılmış fazının parçacıklarının sayısı. Fiberin yakınındaki dağılmış termoplastik parçacıkların konsantrasyonunun, yüzeyinin aktivasyonu üzerine arttığı ve termoplastiğin kimyasal yapısına bağlı olduğu da gösterilmiştir. Bu yönde yürütülen araştırma çalışmalarına rağmen, dolgu maddesinin faz morfolojisinin oluşumu üzerindeki etkisine dair birleşik bir fikrin şu anda formüle edilmediğine dikkat edilmelidir.

Pirinç. 4. Polisülfon ile modifiye edilmiş epoksi termoset reçinenin faz morfolojisi ( a) ve dağınık morfoloji alanındaki kırılma yüzeyi ( B) ve faz-ters morfoloji ( v)

Sunulan çalışma, yüksek darbe ve çatlama direncine sahip PCM'ler için termoset-termoplastik sistemlere dayalı polimer matrislerin geliştirilmesinde elektron mikroskobik çalışmaların rolünü yansıtmaktadır. Bu tür malzemelerin özelliklerinin optimal kombinasyonunun mikrofaz ayrımı sonucunda oluşan bir mikroyapının oluşumu sırasında sağlandığı göz önüne alındığında, en önemli hususlar faz morfolojisinin kontrolü ve izlenmesidir. Bu makale, elektron mikroskobik inceleme ile sağlanan sistemin yapısal faz durumu hakkında bilgi örnekleri sunmaktadır. Şu anda elektron mikroskobunun sadece sistem organizasyonunun çeşitli hiyerarşik seviyelerinde faz morfolojisini incelemeyi değil, aynı zamanda yüksek uzaysal çözünürlükle faz oluşumlarının elementel bileşimini ve kimyasal yapısını belirlemeyi mümkün kıldığı gösterilmiştir. Termoplastiklerle modifiye edilmiş sentetik reçinelere dayalı malzemelerin geliştirilmesinde morfolojik parametrelerin kontrolüne ilişkin şu anda mevcut olan kavramlar açıklanmaktadır. Termoplastiğin dağılmış fazının hacim oranı, ortalama parçacık boyutu ve parçacık boyutu dağılımı gibi parametreleri ölçmek için metodolojik yaklaşımlar ana hatlarıyla belirtilmiştir. Faz morfolojisinin kalitatif ve kantitatif parametrelerinin malzemenin özellikleri üzerindeki etkisi hakkında bilgi verilir. PCM'nin özelliklerini kontrol etmek için faz morfolojisi çalışmalarının sonuçlarının uygulanmasındaki dünya ve yerel deneyim, malzemelerde “bileşim-teknoloji-yapı-özellikler” ilişkisi hakkında bilgi sağlayan yöntemlerden biri olarak elektron mikroskobunun etkinliğini kanıtlamaktadır. termoset-termoplastik sistemler.

REFERANS LİSTESİ

1. Solodilov V.I., Gorbatkina Yu.A. Polisülfon veya epoksiüretan oligomer ile modifiye edilmiş epoksi reçine bazlı tek yönlü karbon plastiklerin özellikleri // Kompozit malzeme ve yapıların mekaniği. 2008. T. 14. No. 2. 217-227.
2. Zheleznyak V.G., Chursova L.V. Kırılma tokluğunu artırmak amacıyla bağlayıcıların ve matrislerin temellerine göre modifikasyonu // Havacılık malzemeleri ve teknolojileri. 2014. No. 1. 47-50.
3. Erasov V.S., Nuzhny G.A., Grinevich A.V., Terekhin A.L. Yorulma testi sırasında havacılık malzemelerinin çatlama direnci // VIAM Bildirileri. 2013. No. 10. Sanat.
4. Kablov E.N. 2030'a kadar olan süre boyunca işlenmesi için malzeme ve teknolojilerin geliştirilmesi için stratejik talimatlar // Havacılık malzemeleri ve teknolojileri. 2012. Hayır. 7-17.
5. Kablov E.N. Havacılık Malzemeleri Biliminde Kimya // Rus Kimya Dergisi. 2010. T. LIV. # 1. 3-4.
6. Kablov E.N. Altıncı teknolojik düzen // Bilim ve yaşam. 2010. No 4. 2-7.
7. Budylin N.Yu., Shapagin A.V., Chalykh A.E., Khasbiullin R.R. Termo ve termoset plastik karışımlarında gradyan dağılmış yapıların oluşumunun modellenmesi // Plastik kütle. 2011. No. 3. 51-56.
8. Zhang Y. ve diğerleri. Epoksi / polisülfon karışımlarında dinamik olarak asimetrik faz ayrımı ve morfolojik yapı oluşumu // Makromoleküller. 2011. V. 44. Sayı 18. s. 7465-7472.

10. Kablov E.N., Kondrashov S.V., Yurkov G.Yu. Polimer kompozit malzemeler için bağlayıcılarda karbon içeren nanopartiküllerin kullanımına ilişkin beklentiler // Rus nanoteknolojileri. 2013. T. 8. No. 3-4. S. 24-42.
11. Gulyaev A.I. Polimer malzemelerin X-ışını foto-elektron spektroskopisi ile incelenmesi // VIAM Bildirileri. 2013. No. 7. Sanat.
12. Zhuravleva P.L., Zaitsev D.V. Karbon fiberlerin yapısının kırınım yöntemleriyle incelenmesi // Havacılık malzemeleri ve teknolojileri. 2012. Hayır. S. 448–455.
13. Gulyaev A.I., Iskhodzhanova I.V., Zhuravleva P.L. PCM // Trudy VIAM yapısının nicel analizi için optik mikroskopi yönteminin uygulanması. 2014. No 7. Sanat.
14. Deev I.S., Kablov E.N., Kobets L.P., Chursova L.V. Mekanik yükleme altında polimer matrislerin mikrofaz yapısının deformasyonunun taramalı elektron mikroskobu yöntemiyle incelenmesi // Trudy VIAM. 2014. No 7. Sanat.

16. Zhang Y. ve diğerleri. Epoksitermoplastik karışımların asimetrik faz ayrımında üç katmanlı yapı oluşumunun her yerde bulunan doğası // Polimer. 2012. V. 53. No. 2. S. 588-594.
17. Mimura K. ve ark. PES ile modifiye edilmiş epoksi reçinelerde morfolojilerin kontrolü ile termal ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi // Polimer. 2000. V. 41. Sayı 12. S.4451-4459.
18. Mezhikovskiy S.M., Irzhak V.I. Sertleşen oligomerlerin kimyasal fiziği. M.: Bilim. 2008.269 s.
19. Polimer karışımları. T. 1. Sistematik: Per. İngilizceden / Ed. D.R. Paul, K.B. Bucknell. SPb.: Bilimsel temeller ve teknolojiler. 2009.618 sn.

21. Rosenberg BA Çok bileşenli polimer-oligomerik sistemlerin kürlenmesinde mikrofaz ayrımı // Rus Kimya Dergisi. 2001 T.XLV. 5-6. 23–31.
22. Wilkinson S.P. ve diğerleri Termoplastik değiştirici değişkenlerin yüksek performanslı kompozit malzemeler için bismaleimid matris reçinesinin sertleştirilmesine etkisi // Polimer. 1993. V. 34. No. 4. S. 870-884.


25. Cano L. et al. Amfifilik poli (etilen oksit-b-propilen oksit-b-etilen oksit) triblok kopolimer // Polimer ile modifiye edilmiş nano yapılı epoksi sistemlerinin morfolojik ve mekanik çalışması. 2014. V. 55. No. 3. S. 738-745.


28. Poncet S. et al. Termoplastik / epoksi karışımlarında faz ayrımı ve reaksiyon ilerlemesini yerinde izleme // Polimer. 1999. V. 40. Sayı 24. S.6811-6820.
29. Chalykh A.E., Aliev A.D., Rubtsov A.E. Polimerlerin çalışmasında elektron probu mikroanalizi. M.: Bilim. 1990.192 s.
30. Chalykh A.E. ve aşılanmış polimerlerin yapısının çalışmasında diğer Analitik elektron mikroskobu // Yüksek moleküler bileşikler. Sör. A. 2010. T. 52. No. 4. S. 653-658.





36. Saltykov S.A. Stereometrik metalografi. M.: Metalurji. 1976.270 sn.

38. Polimer karışımları. T. 2: Fonksiyonel özellikler: Per. İngilizceden / Ed. D.R. Po-la, K.B. Bucknell. SPb.: Bilimsel temeller ve teknolojiler. 2009. 606 s.

1. Solodilov V.I., Gorbatkina Ju.A. Svojstva odnonapravlennyh ugleplastikov ve osnove jepoksidnoj dumanlı, modificirovannoj polisul "fonom ili jepoksiuretanovym oligomerom // Mehanika kompozicionnyh malzemeov i konstrukcij. 2008. T. 14. No. 2. S. 217–227.
2. Zheleznjak V.G., Chursova L.V. Modifikacija svjazujushhih i matris na ih osnove s cel "ju povyshenija vjazkosti razrushenija // Aviacionye materyali i tehnologii. 2014. No. 1. S. 47–50.
3. Erasov V.S., Nuzhnyj G.A., Grinevich A.V., Terehin A.L. Treshhinostojkost "aviacionnyh Materialov v processe ispytanija na ustalost" // Trudy VIAM. 2013. No. 10. St.
4. Kablov E.N. 2030 dönemi için stratejik bir napravlenija, malzeme ve teknolojiler ve teknolojiler. 2012. Hayır. 7-17.
5. Kablov E.N. Himija v aviacionnom materyalovedenii // Rossijskij himicheskij zhurnal. 2010. T. LIV. # 1. 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 formirovanija gradientnyh dispersnyh struktur v smesjah termo- i reaktoplastov // Plasticheskie massy. 2011. No. 3. 51-56.
8. Zhang Y. ve diğerleri. Epoksi / polisülfon karışımlarında dinamik olarak asimetrik faz ayrımı ve morfolojik yapı oluşumu // Makromoleküller. 2011. V. 44. Sayı 18. s. 7465-7472.
9. Liu Y. Polimerizasyon kaynaklı faz ayrımı ve termoset / reaktif doğrusal olmayan polimer karışımlarının termomekanik özellikleri: bir inceleme // Uygulamalı polimer bilimi dergisi. 2013. V. 127. No. 5. S.3279-3292.
10. Kablov E.N., Kondrashov S.V., Jurkov G. Ju. Perspektivy ispol "zovanija uglerod-soderzhashhih nanochastic v svjazujushhih dlja polimernyh kompozicionnyh Materialov // Rossijskie nanotehnologii. 2013. T. 8. No. 3–4. S. 24-42.
11. Guljaev A.I. Issledovanie polimernyh materyalov metodom rentgenovskoj fotojelektronnoj spektroskopii // Trudy VIAM. 2013. No. 7. Aziz ..
12. Zhuravleva P.L., Zajcev D.V. Issledovanie struktury uglerodnyh volokon s primeneniem difrakcionnyh metodov // Aviacionye materyali ve tehnologii. 2012. Hayır. S. 448-455.
13. Guljaev A.I., Ishodzhanova I.V., Zhuravleva P.L. Primenenie metoda opticheskoj mikros-ko-pii dlja kolichestvennogo analiza struktury PKM // Trudy VIAM. 2014. No 7. Aziz ..
14. Deev I.S., Kablov E.N., Kobec L.P., Chursova L.V. Issledovanie metodom skanirujushhej jelektronnoj mikroskoii deformacii mikrofazovoj struktury polimernyh matris pri me-hanicheskom nagruzhenii // Trudy VIAM. 2014. No 7. Aziz ..
15. Huang K. ve diğerleri. Açık renkli kardanol bazlı bir kürleme maddesi ve epoksi reçine kompozitinin hazırlanması: Kür kaynaklı faz ayrımı ve bunun özellikler üzerindeki etkisi // Organik kaplamalarda ilerleme. 2012. V. 74. No. 1. s. 240-247.
16. Zhang Y. ve diğerleri. Epoksitermoplastik karışımların asimetrik faz ayrımında üç katmanlı yapı oluşumunun her yerde bulunan doğası // Polimer. 2012. V. 53. No. 2. S. 588-594.
17. Mimura K. ve ark. PES ile modifiye edilmiş epoksi reçinelerde morfolojilerin kontrolü ile termal ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi // Polimer. 2000. V. 41. Sayı 12. S.4451-4459.
18. Mezhikovskij S.M., Irzhak V.I. Himicheskaja fizika başka bir oligomerov. M.: Nauka. 2008.269 s.
19. Polimernye smesi. T. 1. Sistematika: Per. s açı. / Bölme kırmızısı. D.R. Pola, K.B. Baknella. SPb.: Nauchnye osnovy ve tehnologii. 2009.618 sn.
20. Williams R.J.J., Rozenberg B.A., Pascault J.P. Modifiye edilmiş termoset polimerlerde reaksiyona bağlı faz ayrımı // Polimer bilimindeki gelişmeler. 1997. V. 128. S. 95-156.
21. Rozenberg B.A. Mikrofazovoe razdelenie v otverzhdajushhihsja mnogokomponentnyh polimer-oligomernyh sistemah // Rossijskij himicheskij zhurnal. 2001. T. XLV. 5-6. 23-31.
22. Wilkinson S.P. ve diğerleri Termoplastik değiştirici değişkenlerin yüksek performanslı kompozit malzemeler için bis-maleimid matris reçinesinin sertleştirilmesine etkisi // Polimer. 1993. V. 34. No. 4. S. 870-884.
23. Zhang J. ve diğerleri. Termoplastik ile modifiye edilmiş çok işlevli epoksiler üzerinde çalışma: Isıtma hızının kür davranışı ve faz ayrımı üzerindeki etkisi // Kompozit Bilimi ve Teknolojisi. 2009. V. 69. Sayı 7-8. S. 1172-1179.
24. Rico M. et al. Termoplastikle modifiye edilmiş sertleştirilmiş bir epokside faz ayrımı ve morfoloji gelişimi // European Polymer Journal. 2012. V. 48. No. 10. S. 1660-1673.
25. Cano L. et al. Amfifilik poli (etilen oksit-b-propilen oksit-b-etilen oksit) triblok kopolimer // Polimer ile modifiye edilmiş nanoyapılı epoksi sistemlerinin morfolojik ve mekanik çalışması. 2014. V. 55. No. 3. S. 738-745.
26. Cong H. ve diğerleri. Blok kopolimerler içeren termosetlerde nanoyapıların oluşumu: Kendi kendine birleşmeden reaksiyona bağlı mikrofaz ayırma mekanizmasına // Polimer. 2014. V. 55. No. 5. S. 1190-1201.
27. Min H.S. ve diğerleri Morfoloji spektrumlu polisülfon / epoksi yarı IPN'nin kırılma tokluğu // Polimer Bülteni. 1999. V. 42. No. 2. S. 221-227.
28. Poncet S. et al. Termo-plastik / epoksi karışımlarında faz ayrımı ve reaksiyon ilerlemesini yerinde izleme // Polimer. 1999. V. 40. Sayı 24. S.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. ben dr. Analiticheskaja jelektronnaja mikroskopija ve issledovanii yapı özel-ityh polimerov // Vysokomolekuljarnye soedinenija. Sör. A. 2010. T. 52. No. 4. 653-658.
31. Heitzmann M.T. ve diğerleri Termoset ve termoplastik polimerler arasında oluşan ara fazların araştırılması için mikroanaliz teknikleri: Taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı x-ışını analizi // Anahtar Mühendislik Malzemeleri. 2011. Sayı 471-472. S. 309-314.
32. Liao Y. ve diğerleri. Enerji filtreleme transmisyon elektron mikroskobu // Polimer ile araştırılan termoset / termoplastik karışımların reaksiyona bağlı faz ayrışması. 2007. V. 48. Sayı 13. S. 3749-3758.
33. Mezzenga R. et al. Dendritik aşırı dallanmış polimerle modifiye edilmiş epoksi reçinesinde morfoloji oluşumu: modelleme ve karakterizasyon // Polimer. 2001. V. 42. No. 1. S. 305-317.
34. Tribut L. et al. İzotermal kürleme sırasında termoset / termoplastik karışımların reolojik davranışı: Deneyler ve modelleme // Polimer. 2007. V. 48. No. 22. S.6639-6647.
35. Fernandez-Francos X. et al. DGEBA ve vinil ve epoksi uç gruplarıyla modifiye edilmiş hiperdallı polimerlere dayalı yeni termosetler // Reaktif ve Fonksiyonel Polimerler. 2010. V. 70. Sayı 10. S. 798-806.
36. Saltykov S.A. Stereometricheskaja metalografija. M.: Met-allurgija. 1976.270 sn.
37. Kulkami A.S., Beaucage G. Moleküler topoloji tarafından kontrol edilen reaksiyon kaynaklı faz ayrımı // Polimer. 2005. V. 46. Sayı 12. S.4454-4464.
38. Polimernye smesi. T. 2: Funkcional "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. Termoplastik modifiyeli epoksilerde toklaştırma mekanizmaları: 1. Poli (fenilen oksit) // Polimer kullanarak modifikasyon. 1993. V. 34. Sayı 17. S.3658-3670.
40. Turmel D.J.-P., Partridge I.K. Epoksi/PEI karışımlarında liflerin çevresinde heterojen faz ayrımı ve bunun kompozit delaminasyon direncine etkisi // Composites Science and Technology. 1997. V. 57. No. 8. S. 1001-1007.
41. Varley R.J., Hodkin J.H. Güçlendirilmiş liflerin sertleştirilmiş bir epoksi / amin sisteminin morfolojisi üzerindeki etkisi // Polimer. 1997. V. 38. No. 5. s. 1005-1009.
42. Olmos D., Gonzalez-Benito J. Cam elyaf takviyeli epoksi-termoplastik polimer kompozitlerin interfazında morfolojinin görselleştirilmesi // European Polymer Journal. 2007. V. 43. No. 4. S. 1487-1500.
43. Zhang J. ve diğerleri. Termoplastik modifiye epoksi matris kompozitlerin faz arası çalışması: Isıtma hızı ve yüzey işleminden etkilenen tek bir fiber etrafındaki faz davranışı // Kompozitler: Bölüm A. 2010. V. 41. No. 6. S. 787-794.

İyi çalışmalarınızı bilgi tabanına gönderin basittir. Aşağıdaki formu kullanın

Öğrenciler, yüksek lisans öğrencileri, bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan genç bilim adamları size çok minnettar olacaktır.

Yayınlanan http://www.allbest.ru/

Kompozitlerin deformasyonunun modellenmesi

Tanıtım

Ukrayna'da çok sayıda çimento fabrikasının bulunması, betonarme ve modifikasyonlarını ana unsurlardan biri haline getiriyor. Yapı malzemeleri hidrolik yapılar için.

Çelik çubukların iki veya üç yönde sık düzenli bir şekilde düzenlenmesiyle betonarme, anizotropi, yani takviye ve doğrusal olmama nedeniyle mekanik özelliklerin kuvvetlerin hareket yönüne bağımlılığı olan kompozit bir takviyeli malzeme olarak düşünülebilir. çatlama ile ilişkili deformasyon, beton ve çeliğin plastik özellikleri. Hidrolik mühendisliğinde, gerilmiş bir bölgeye yoğun takviye yerleştirme sıklıkla kullanılır, bu nedenle bu tip yapılar daha fazla çalışmanın konusu olacaktır.

Kompozit malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. çeşitli endüstriler modern teknoloji. Birçok inşaat alanının geliştirilmesindeki daha fazla ilerleme, büyük ölçüde bu tür malzemelerin kullanım payındaki artışla ilişkilidir ve yeni ve özel ekipman oluştururken rolleri belirleyici hale gelir. Optimal tasarım gereksinimleri, deneysel geliştirme için zaman ve malzeme maliyetlerinin azaltılması, kompozitlerin deformasyon ve mukavemet özelliklerinin tahmin edilmesine yönelik yöntemlerin geliştirilmesine önemli bir ilgi göstermiştir.

Öte yandan, deforme olabilen bir katının mekaniğinin gelişimi, incelenen modellerin karmaşıklığını ve problemlerin formülasyonunu artırma yolunu takip eder. Mekaniğin model kavramlarına dayanarak, bir kompozit malzeme, bir kural olarak, periyodik veya rastgele homojen olarak kabul edilen, koordinatlarda süreksiz hızla salınan malzeme fonksiyonları tarafından tanımlanan homojen olmayan bir ortam olarak tanımlanabilir. Bu tür katsayılarla diferansiyel denklemleri çözmek için yöntemler geliştirme ihtiyacı, nispeten yeni bir matematiksel araştırma alanının ortaya çıkmasına neden oldu - daha basit kullanarak orijinal soruna bir çözüm elde etmeyi mümkün kılan kısmi diferansiyel operatörlerin ortalama alma teorisi ortalamalı olarak adlandırılan diferansiyel denklemler.

Kompozitlerin mekaniğinde etkin karakteristikleri tahmin etme problemi olarak bilinen ortalamalı denklemlerin katsayılarını hesaplama problemi, spesifik özelliklere en iyi uyan önceden belirlenmiş bir özellik setine sahip malzemelerin sentezlenmesi olasılığını açtığı için, merkezi problemlerden biridir. çalışma koşulları. Bu nedenle, her homojen olmayan ortama, katı mekaniğin iyi bilinen matematiksel yöntemlerini kullanarak kompozit malzemelerden yapılmış yapıların ve parçaların hesaplamalarının yapılmasının uygun olduğu, etkili özelliklere sahip belirli bir anizotropik ortam atanır.

Aynı zamanda, yapısal elemanların mekanik davranışlarının, her biri içinde homojen olmayan stres ve gerinim alanlarının konsantrasyonunu dikkate alarak incelenmesi, yalnızca etkin özelliklerin doğrudan belirlenmesine izin vermekle kalmaz, aynı zamanda doğa hakkında kapsamlı bilgi sağlar ve kompozitlerin gerçek yapısına ve bileşenlerine bağlı olarak malzemelerin deformasyon ve kırılma özellikleri.

Bu çalışmada, anizotropik yapısal olarak homojen olmayan cisimlerin elastik olmayan deformasyon ve kırılmanın enerji tüketen süreçlerinin teorik ve deneysel çalışmalarının sonuçlarının analizine özel önem verildi. Malzemenin taşıma kapasitesini hemen değil, kademeli olarak kaybettiği, deformasyon diyagramına düşen bir dal şeklinde yansıyan, süperkritik deformasyon aşamasının düzenliliklerinin çalışmasına çok dikkat edilir.

Bu mekanik fenomen (önceden biliniyordu), kompozit malzemelerin elastoplastik deformasyon mekaniği problemlerini, yapısal arızayı hesaba katarak çözerken keşfedildi.

Bununla birlikte, yapıların davranışının yeterli bir şekilde tanımlanması ve oluşturulan kompozit malzemelerin yapısının kırılma direnci açısından optimal tasarımı arzusu, yumuşama aşamasını (problemi belirleme aşamasında) hesaba katma ihtiyacını doğurmuştur. kurucu ilişkilerde ve kompozitin bileşimindeki yapı elemanlarının süperkritik deformasyon koşullarını incelemek.

Makale, homojen olmayan cisimlerin yok edilmesinin, süperkritik aşamada deformasyon süreçlerinin stabilite kaybının bir sonucu olarak, yapısal yıkımın eşlik ettiği bir yaklaşımı ele almaktadır. Yeni matematiksel modeller, malzemenin durumunun özel işlevlerini kullanarak homojen olmayan anizotropik ortamdaki plastik deformasyonları hesaba katarak, dağılmış hasar birikimi, kırılma lokalizasyonu ve tahrip olmuş bölgelerin birleştirilmesi aşamalarını doğal bir şekilde tanımlamayı mümkün kılar, kararsız bir aşamaya geçiş, hasar birikimi için kararlılık kriterleri kullanılarak modellenebilir ve tam deformasyon diyagramlarının azalan dallarının parametreleri kullanılarak kırılma mekaniğinin enerji ilişkileri yazılabilir. Bu makale, bir yükleme sistemi kavramını ve bunun enerji tüketen süreçlerin kararlılığı üzerindeki etkisini araştırmaktadır. Kararlı süperkritik deformasyon teorisinin bazı soruları sunulmuştur. Kompozitlerin mekaniği için geleneksel olan ortalama alma problemi, kullanılan matematiksel modellerin fiziksel temelinin genişletilmesiyle ilgili yeni yönleriyle ele alınmaktadır.

1. Kompozit malzemelerin deformasyon ve kırılmasının modellenmesi

Modern kompozitlerin etkin elastik özelliklerini tahmin etme yöntemleri iyi gelişmiştir. Etkili özelliklerin tahmin edilmesinde lineer elastiklik teorisinde elde edilen sonuçlar ve mikro gerilimler ve mikro gerilmeler alanlarının belirlenmesine eşlik eden sonuçlar, mikro homojen olmayan malzemelerin elastoplastik ve mukavemet özelliklerini incelemek için iyi bir temel oluşturur. Kritik yapıların taşıma kapasitesinin daha eksiksiz bir şekilde kullanılmasına yönelik çaba, kaçınılmaz olarak, karmaşık bir gerilme durumu ve yapısal elemanların doğrusal olmayan özellikleri altında gerçek malzemelerin karmaşık deformasyon ve kırılma modellerinin yapımından önce kapsamlı çalışmalara ihtiyaç duyulmasına yol açar.

1.1 Kompozitlerin elastik olmayan deformasyonu ve yapısal başarısızlığı

Homojen olmayan malzemelerdeki mekanik mikro ve makroskopik süreçler, kompozit mekaniğin deterministik ve istatistiksel modelleri çerçevesinde yeterli ayrıntıda incelenmiştir. İstatistiksel modellerin avantajı, doğal olarak bu tür durumları hesaba katmalarıdır. önemli faktör elementlerin karşılıklı düzenlenmesinin rastgeleliği ve özelliklerinin istatistiksel dağılımı olarak kompozitlerin gerçek yapısı. Bununla birlikte, kompozitlerin istatistiksel mekaniğinde, bileşenlerin çok-parçacık etkileşimini hesaba katarak, tek noktalı yaklaşımlarla karşılaştırıldığında daha eksiksiz soru açık kalmaktadır. Bu nedenle, bu yöndeki çalışmaların ezici çoğunluğunda, kompozitlerin gerilme-gerinim durumunun analizi, bileşenler üzerinden ortalaması alınan deformasyon alanlarının hesaplanmasıyla sınırlıdır. Anizotropik ve birleşik yükleme durumları için deformasyon alanlarının diğer istatistiksel özelliklerinin hesaplanması ve ayrıca plastik deformasyonların birikmesi ve kompozit bileşenlerde hasar süreçleri için deformasyon alanlarının homojensizliği dikkate alınarak doğrusal olmayan sınır değer problemlerinin çözümlerinin oluşturulması , mukavemet özelliklerini tahmin etme problemlerinde özellikle önemlidir.

Kompozit malzemelerin özelliklerinin, kurucu bileşenlerin özelliklerinden temel olarak farklı olabilmesi karakteristiktir. Örneğin, yapısal elemanların hacminde plastik değişikliklerin olmamasına, kompozitin hacminde plastik bir değişiklik eşlik edebilir, ideal olarak plastik bileşenlerden bir sertleştirici malzeme oluşturulabilir, zayıf sertleştirilmiş bileşenlerden yüksek oranda sertleşen bir malzeme oluşturulabilir. , vb. Bu, teorik açıklaması özel yaklaşımların ve matematiksel modellerin geliştirilmesini gerektiren, söz konusu olgunun karmaşıklığını ve çeşitliliğini gösterir.

kompozit malzemelerin elastik-plastik davranışının fiziksel fenomeni ve en önemlisi, onu inceleme ihtiyacı, karşılık gelen matematiksel teorinin oluşturulmasından çok önce keşfedildi. Bu nedenle, altmışlı yılların ortalarında birçok araştırmacı, basit modeller kullanarak malzemelerin davranışlarının analizine yöneldi. Lifler boyunca gerilim altında tek yönlü bir kompozitin elastik olmayan deformasyonunu yaklaşık olarak tahmin etmek için bir dizi paralel bileşen element şeklinde bir model kullanıldı. Bazı bilim adamları, matris malzemesinin en basit stres durumunu varsayarak, koaksiyel silindir modelini kullandılar. Gerçek bir malzemenin, içinde tek bir takviye elemanı bulunan sonsuz bir ortam tarafından yaklaştırılması kullanılmıştır. Halen kullanılmakta olan birçok teknik, stres alanının veya gerinim alanının homojenliğini varsayan karışım kuralına dayanmaktadır. Bu kuralın çeşitli modifikasyonları deneysel verilerle anlaşmayı mümkün kılar.

Bugüne kadar, deforme olabilen bir katının mekaniğinin sayısal yöntemlerinin kullanılması ve yapısal olarak homojen olmayan cisimler için doğrudan geliştirilen bazı yeni yaklaşımlar sayesinde, dağılımın karmaşık doğası dikkate alınarak bir dizi esnek olmayan deformasyon sorunu için çözümler elde edilmiştir. yapısal elemanlarda gerilmeler ve gerinimler. Etkin özelliklere sahip homojen kabul edilen kompozit malzemeler, yapılarına bağlı olarak, sadece izotropik bileşenlerden oluşsalar bile, izotropik veya anizotropik olabilir. Anizotropik kompozit malzemelerin etkili özelliklerini belirleme problemlerini formüle ederken, eşdeğer bir homojen ortamın davranışını yeterince tanımlamayı mümkün kılan bir anizotropik cismin plastisite teorisini seçmek gerekli hale gelir.

Plastisitenin deformasyon teorisi ve akış teorisinin birçok farklı versiyonu önerilmiştir. Belirli bir tensör setinin bağımsız değişmezlerinin sayısını ve yapısını belirlemeye çok dikkat edilir. Ele alınan konu kompozitlerin mekaniği için çok önemli görünüyor, ancak anizotropik malzemelerin karmaşık bir stres durumu koşulları altında deformasyon düzenliliklerinin deneysel çalışması üzerine son derece sınırlı sayıda çalışma, tam olarak değerlendirmemize izin vermiyor. anizotropik ortamın plastisite teorisinin bir veya başka bir versiyonunun güvenilirliği ve genelliği.

Lifli tek yönlü ve uzamsal olarak güçlendirilmiş, homojen ve homojen olmayan katmanlarla katmanlı anizotropik kompozitlerin elastoplastik davranışının incelenmesi oldukça zor bir problemdir. Bu malzemeler için kompozitlerin mekaniğindeki problemlerin çözümü, esas olarak, elbette, kesin bir bilimsel başarı olan, stres durumunun en basit bazı durumlarında gerçekleştirilir. Bununla birlikte, bu tür çözümler genellikle, bir anizotropik cismin seçilen plastisite teorisi çerçevesinde, bir kompozitin keyfi bir karmaşık gerilim-gerinim durumundaki davranışını tanımlayan tüm malzeme fonksiyonlarının oluşturulmasına izin vermez.

Katmanlar boyunca tek eksenli gerilim altında katmanlı kompozitlerin elastik olmayan deformasyonu, katmanlar boyunca gerilim altında incelenmiştir. İki yönde uzanan kuvvetler katmanlara paralel bir düzlemde bulunduğunda, kompozitin düzlem gerilme durumundaki davranışı dikkate alınır. Sonuçların önemli bir bölümünün katmanlar arası etkileşimler dikkate alınmadan elde edildiğine dikkat edilmelidir. Böyle bir basitleştirmenin bazı durumlarda çok kaba olabileceği açıktır. Bu, lamine yapıların yıkımının genellikle delaminasyon yoluyla meydana gelmesi gerçeğiyle doğrulanır.

Kompozit malzemelerin gerilmeleri ve deformasyonları arasındaki ilişkinin lineer olmayan doğası, sadece plastik deformasyonun bir sonucu olmayabilir ve lineer elastik bileşenler durumunda bile meydana gelebilir. Bunun nedeni, kompozit ürünlerin tamamen (makroskopik) imhasının, bireysel yapısal elemanların karmaşık bir imha işleminden önce gelmesidir. Bu sürecin incelenmesi, yalnızca makroskopik bir çatlağın oluşum koşullarını analiz etmek için değil, aynı zamanda bir malzemenin yük altındaki davranışını incelemek için de önemlidir.

Her yapısal yıkım eylemi, belirli bir dış yük seviyesinde yıkımın devam etmesine ya da sona ermesine yol açan, kompozitin elemanlarındaki gerilimlerin yeniden dağılımı ile birlikte gelir.

Bu süreçleri dikkate alarak kompozit malzemelerin elastik olmayan deformasyon modellerinin inşası, yapısal yıkım için kriterlerin seçilmesi ve homojen olmayan bir ortamın elemanlarının belirli imha koşullarını yerine getirdikten sonra artık deformasyon ve mukavemet özelliklerini tanımlamanın ana sorularını ortaya çıkarmaktadır. Bu durumda, kompozit yapının bir elemanının çeşitli mekanizmalarla tahrip edilebilmesi önemlidir. Örneğin, güçlendirilmiş bir tek tabaka durumunda, matrisin çatlaması veya delaminasyonu, liflerin ayrılması, kırılması veya çekilmesi vb. mümkündür. Bir yapısal elemanın taşıma kapasitesini değiştirmek için bu ve diğer mekanizmalar, sertlik özelliklerini değiştirmek için bir veya başka şema ile tanımlanır.

Daha önce belirtildiği gibi, kompozit malzemelerin incelenmesinde, özelliklerin rastgele doğası, yapısal elemanların karşılıklı düzenlenmesi ve sonuç olarak, rasgele fonksiyonlar teorisinin olasılık kavramlarını ve aparatını kullanmak gerekli hale gelir. yıkımlarının stokastik süreci.

Bu nedenle, kompozit malzemelerin mekaniğindeki diğer problemlerin yanı sıra, yapısal elemanların yok edilmesini hesaba katan kompozitlerin davranışının doğrusal olmayan modellerinin geliştirilmesi ve çeşitli karmaşık gerilme-gerinim durumları için elastik olmayan deformasyon problemlerini çözme yöntemlerinin geliştirilmesi. durum acil.

1.2 Fenomenolojik kırılma mekaniği modelleri

Doğa bilimlerinde ve uygulamalı bilimlerde teorilerin inşasında iki yaklaşım vardır - fenomenolojik ve yapısal. Fenomenolojik modeller, bir nesnenin davranışına ilişkin ampirik veriler temelinde oluşturulur. Bu durumda, fenomenlerin özünü açıklama veya tam olarak tanımlama görevi ortaya konmaz. Yapısal yaklaşım, incelenen nesnelerin iç yapısına dayalı olarak fenomenleri tanımlamaya ve açıklamaya izin veren modellerin geliştirilmesinden oluşur. Bu yaklaşımlar yakından ilişkilidir ve karşılıklı olarak birbirini zenginleştirmelidir. Yapısal elemanların yok edilmesiyle birlikte kompozitin deformasyonunu tanımlamak için etkili özelliklere sahip bir ortamın davranışının doğrusal olmayan modellerinin inşası, fenomenolojik açıklama metodolojisine karşılık gelir.

Fenomenolojik teorilerin gerekliliği ve kullanışlılığı V.V. Novozhilov. Bu durumda, kurulmasına izin verilir. farklı seviyeler fenomenolojik açıklama. Örneğin, hasar birikimi, sürekli bir ortamdaki bir disk çatlakları veya gözenekler sistemi göz önüne alınarak modellenebilir. L.M. Kachanov ve Yu.N. Rabotnov, birim alan başına çatlak alanı tarafından belirlenen hasar parametresini (veya tam tersi - süreklilik) tanıttı. enine kesit gövde. Aynı zamanda, bu parametre, ortalama değerleri bağlayan ilişkilere dahil edilmişse, belirli kusur ve hasarların herhangi bir özelliği ile tanımlanmayabilir. Bu, bir modelin malzeme fonksiyonlarını belirlerken, örneğin süreksizlik alanını ölçmek gibi doğrudan mikroyapısal çalışmalar olmadan yapılabildiğinde doğaldır.

Malzeme hasarını modellemeye yönelik fenomenolojik yaklaşım, malzemenin durumunun bazı işlevlerini kullanarak iç süreksizliklerin oluşumunu tanımlamayı içerir. Bu fikir yansıdı ünlü eserler AA Ilyushin, V.V. Bolotin, V.P. Tamuzha ve A. Zh. Lagedinşa. Diğer birçok araştırmacının çabaları sayesinde geliştirildi ve bir malzemeye verilen hasarın, mekanik özelliklerde herhangi bir değişikliğe yol açan herhangi bir mikroyapısal değişiklik olarak tanımlandığı, hasarlı bir sürekli ortamın mekaniğinin yaratılmasının temeli oldu.

Şu anda, hasarın önemli sayıda skaler ve tensör özelliği bilinmektedir. Üç boyutlu anizotropik hasar teorisinin ana hükümleri ve ilgili tensör modelleri doğrulanmıştır.

Yapısal olarak homojen olmayan ortamın imha süreci çok aşamalı bir karaktere sahiptir. En belirgin aşama, kararlı mikro çatlakların hacimsel birikimi ile ilişkili olan ve eşik konsantrasyonuna ulaşıldığında genişlemeden ve bir sonraki ölçekli seviyeye birleşmeden geçen hacimsel veya dağınık yıkımdır. Ek olarak, etkili deformasyon özelliklerinin rastgele bir dizi kusurun korelasyon yarıçapına bağlı olduğu gösterilmiştir. Mikrohasarların etkileşiminin doğasının, homojen olmayan bir ortamın makro kırılma koşullarını ve dolayısıyla mukavemet özelliklerini de belirlediğini varsaymak doğaldır.

Malzemenin dış mekanik strese tepkisinin oluşumunun çok seviyeli doğası, çok seviyeli bir fenomenolojik açıklama olasılığını önceden belirler. Her yapısal seviye, belirli bir heterojenlik unsurları sistemiyle (doğal veya hasardan kaynaklanan) ilişkilidir. Ortalama miktarlar olarak yapısal düzeyde tanıtılan gerilimlerin ve gerinmelerin analizi, bir malzemenin mekanik davranışını ilgili fenomenoloji düzeyi çerçevesinde incelemek için bir araç olarak hizmet eder. Davidenkov-Fridman sınıflandırmasının ve kompozitlerin mekaniğindeki yapısal-fenomenolojik yaklaşımın temeli, deformasyon ve kırılma süreçlerinin iki seviyeli bir değerlendirmesidir.

Mikro kırılmadan makro kırılmaya geçişi tanımlama problemi kompozitlerin mekaniği için çok önemlidir. Aynı zamanda, yapısal mekanik açısından mukavemeti değerlendirmek için birçok farklı başlangıç ​​önkoşulu ve yöntemi vardır. Mevcut çalışmada, hasar birikimi ile ilişkili deformasyon sürecinin stabilite kaybının bir sonucu olarak makro kırılmanın dikkate alındığı bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bir elastoplastik sistemi yükleme süreci, yer değiştirmelerin ve deformasyonların katastrofik gelişimi, bu sürecin keyfi olarak küçük bir devamına karşılık gelirse, kararsız hale gelir. A.A. Ilyushin. Yükleme altındaki bir malzemede meydana gelen tüm fiziksel süreçler, tam deformasyon diyagramlarında yansıtılır ve bu diyagramların düşen bölümleri bireysel yıkım aşamalarına karşılık gelir.

Çatlama ve hasar sürecinden dolayı diyagramda düşen bir bölümün görünme olasılığı S.D.'de not edildi. Volkov. Malzeme deformasyonunun son aşamasındaki malzeme davranışının bu karakteri birçok durumda bir makro kusurun oluşumu veya gelişimi ile ilişkilidir. Bu bağlamda, deforme olabilen bir gövdedeki bir çatlağın açık bir tanımıyla birlikte, bir makro çatlağın oluşumu ve büyümesi aşamasında bir malzemenin davranışını tanımlayan kırılma mekaniğinin fenomenolojik yönü umut verici görünmektedir. Bu yön S.D. Volkov. Bu yaklaşımın kullanımı, boyutlarıyla orantılı süreksizliklerin varlığında keyfi olarak küçük hacimli bir malzemenin mekanik davranışının, deformasyonun son aşamasında bir makro örneğin davranışına benzer olduğu varsayımıyla ilişkilidir. Bu, bir dereceye kadar, yıkım sürecinin kendine benzerliğini yansıtıyor.

A.A.'nın makrofiziksel belirlenebilirliği hipotezine göre. Ilyushin'e göre, ortamın her noktasına, tek tip bir gerilme-gerinim durumunda olan ve ilke olarak, ortamın tasvir edilen noktasında meydana gelen tüm süreçlerin üzerinde olabileceği sonlu boyutlarda bir gövde biçiminde bir makro örnek atanabilir. okudu.

Belirtilen yazışma aşağıdaki gibi oluşturulabilir: aynı yükler altında düzgün bir stres durumu koşulları altında, temel deforme olabilen bir hacmi dolduran hayali bir ideal homojen ee malzemesi numunesinin çalışma bölgesinin sınırlarının yer değiştirmeleri, yer değiştirmelerle çakışmalıdır. Aşama oluşumu ve makro çatlakların büyümesi de dahil olmak üzere, deformasyonun tüm aşamalarında deneysel numunenin çalışma bölgesinin sınırlarının. Bu varsayımlara dayanarak, deforme olabilen bir katının mekaniğinde kabul edilen fenomenolojik denklemler ve kriterler kullanılabilir.

Çatlak yayılma mekaniği ile fenomenolojik kırılma mekaniğinin yaklaşımları arasında belirli bir benzerlik ve ortaklık vardır. Özellikle, birinci teori çerçevesinde, numunenin hasarsız bölümündeki ortalama çekme gerilmesi ile farklı başlangıç ​​değerlerindeki çatlak uzunluğu arasındaki bağımlılıklar olan kritik altı kırılma diyagramları ele alınmaktadır. Bireysel eğrilerin kritik (çatlakların dinamik büyümesine karşılık gelen) noktalarının yeri, kritik kırılma diyagramı olarak adlandırılır. Doğal olarak, pürüzsüz numuneleri test ederken kritik nokta, nihai mukavemete karşılık gelir.

Çatlakları ve yırtılmaları açıkça dikkate almadan ve deformasyon diyagramının azalan dalını kullanarak malzemenin davranışını tanımlamadan, farklı derecelere sahip numuneler için kritik noktaların yeri olduğundan, aslında bunun aynı zamanda kritik bir diyagram olduğu sonucuna varabiliriz. bir dereceye kadar denge deformasyonunun bir sonucu olarak elde edilen hasar ve müteakip elastik boşaltma.

Bir kusurun kritik altı büyümesini tanımlarken, J.R. Irwin'in yaklaşımı da kullanılır; bu yaklaşım, kırılma işinin R'nin çatlak büyümesine direncin bir özelliği olarak çatlak uzunluğuna bağımlılığını dikkate almayı içerir. Fenomenolojik yaklaşım çerçevesinde, yıkım işi, hasar birikimi süreciyle ilişkili enerji kaybı olarak anlaşılırsa, herhangi bir deformasyon aralığında deformasyon diyagramı kullanılarak hesaplanabilir. Kırılma çalışmasının deformasyon üzerindeki grafiksel bağımlılığı, kırılma mekaniğinde bilinen R-eğrilerine benzer bir karaktere sahiptir.

Fenomenolojik yaklaşım, hasarlı yapısal olarak homojen olmayan ortamlarda gerçek çatlakların ve kopmaların karmaşık geometrisinin modellenmesi ve sınırsız artışı ile karmaşık olan kırılma yüzeyinin daha ayrıntılı olarak ele alınması problemleriyle karşılaşmamayı mümkün kılar. Aynı zamanda, malzemenin durum fonksiyonları ile kararsız bir aşamaya geçiş de dahil olmak üzere, hasarın tüm aşamalarını tanımlamayı ve kırılma mekaniğinin enerji ilişkilerini ve malzeme deformasyonunun tam diyagramlarını kullanmayı mümkün kılar.

1.3 Malzeme deformasyonunun kritik üstü aşaması

Çeşitli doğada yıkıma eğilimli yapısal olarak homojen olmayan ortamların süperkritik deformasyonu mekanik stres, özel araştırma gerektiren önemli mekanik işlemlerden biridir. Kritik stres-gerinim durumu, verilen koşullar altında belirli bir malzeme için maksimum stres değerlerine ulaşma anına karşılık gelir ve kritik sonrası aşama, ilerleyici deformasyonlarla stres seviyesinde bir azalma ile karakterize edilir. Mekanik davranışın belirtilen özelliği, hem koşullu ve gerçek gerilmelerin ve gerinmelerin, jeolojik, seramik, polimer ve kompozitin bağlantısı için metallerde, hem de diğer malzemelerde bulunur.

Süperkritik deformasyon aşamasındaki malzeme, Drucker'ın varsayımını karşılamaz ve reolojik olarak kararsız olarak sınıflandırılır. Bununla birlikte, birçok gerçek malzeme, reolojik olarak kararsız malzeme modelleriyle yeterince tanımlanmıştır. Bu durumda, reolojik kararlılık gerekliliği yerine, bir bütün olarak gövde için kararlılık ilkesi öne sürülür: malzemenin durumu, bu durumda kararlı bir mekanik sistemin parçasıysa gerçekleştirilebilir.

Süperkritik deformasyon aşamasında hasar birikimini tanımlamak için malzeme modellerinin iyileştirilmesi, kompozitlerin mekaniğinde önemli bir görevdir. Komple diyagramlar kullanan yapıların rafine bir tasarımı, ayrıca, malzemenin yumuşamasını ve zayıflamış bölgelerde kritik sonrası deformasyonun stabilitesi için koşulların elde edilmesini dikkate alarak sınır değer problemlerini çözmek için yöntemlerin geliştirilmesini gerektirir.

Doğal olarak, bu denge deformasyon diyagramlarını oluşturmak için etkili deneysel yöntemlere dayanmalıdır.

deformasyon diyagramının azalan dalına karşılık gelen malzemenin durumlarının uygulanabilirliğini teorik olarak doğruladı. Elastik cisimler için kararlılık için yerel gerekli ve yeterli koşulları veren Hadamard ve Van Hoof teoremlerine ve bunların elastoplastik cisimler durumuna genellemelerine dayanarak, bir "düşen" diyagramın varlığında bile, bir cismin yeterli (çok büyük olmasa da) bir sertlikle sınırda sabitlenmiş, kararlı olabilir. Deneyde, özellikle tek eksenli gerilim veya kayma (sapma anlamında) deformasyon altında bu tür durumların kaydedilmesi ve malzemede bulunan yumuşama özelliği açısından karşılık gelen deneysel verilerin yorumlanması için hiçbir temel engel yoktur.

Kırılma direncinin sadece malzemenin mukavemet sabitleri tarafından belirlenmediği, aynı zamanda yükleme cihazını (test makinesi, yükleri aktarma, yapıların güç ve kinematik elemanları) içeren yükleme sisteminin rijitliğine de bağlı olduğu deneysel olarak doğrulanmıştır. , çalışma sıvısı ve gaz) ve deforme olabilen gövdenin kendisi, çevresindeki hasar alanı. "Yumuşak" yükleme altında, bir gövdeye düzgün bir gerilme durumunda, direncine bağlı olmayan kuvvetler uygulandığında, maksimum gerilmelere ulaşıldığında tahribat meydana gelir.

Başka bir sınırlayıcı durumda, sınır noktalarının ("sert" yükleme) belirtilen yer değiştirmeleri sağlandığında ve ayrıca daha önce belirtildiği gibi sonlu, ancak yükleme sisteminin yeterli rijitliği ile, bir denge hasar birikimi süreci mümkündür, düşen dal şeklinde deformasyon diyagramına yansır.

Yükleme koşullarına bağlı olarak, deformasyon diyagramının azalan dalındaki her nokta, kırılma anına karşılık gelebilir. Bu tür deformasyon, gerekli özelliklere sahip mekanik bir sistemin parçası olarak yalnızca yerel bir nesne için mümkündür. Aksi takdirde, süperkritik aşamada deformasyon sürecinin stabilite kaybının bir sonucu olarak dengesiz bir hasar ve makro kırılma birikimi olur. Yumuşama alanında, kayma bantları şeklinde deformasyon lokalizasyonunun meydana gelmesi de mümkündür. Elastik enerjinin kademeli olarak dağılması için mekanizmalar ve koşullar olduğunda düşen bir dal gözlemlenir. Böylece, söz konusu malzemenin durumları şartlı olarak gerçekleştirilebilir olarak adlandırılabilir.

Örnekleme için biraz soyut bir benzetme kullanmak uygun olabilir. Yumuşatıcı bir ortamın deformasyonu, belirli bir kaptaki az ya da çok viskoz bir sıvının kararlı olmasıyla yaklaşık olarak aynı ölçüde stabildir. Geminin duvarları yeterli rijitliğe sahip değilse stabilite kaybı meydana gelir. Bu durumda, geminin rolü yükleme sistemininkine benzer. Komple diyagramların deneysel yapımındaki ana zorluk, malzeme elemanı için yükleme sisteminin yeterli sağlamlığını oluşturmaktır. Bu amaçla standart makinelerin, özel numunelerin ve yüksek hızlı geri beslemeli test makinelerinin rijitliğini artırmaya yönelik cihazlar geliştirilmiştir.

Metal numunelerinin testi sırasında deformasyon bağımlılığı grafiğinin düşen dalı, çoğunlukla ana çatlağın denge büyümesinin bir yansımasıdır. Bazı durumlarda, bu aynı zamanda kompozitler için de geçerlidir. Aynı zamanda, homojen olmayan bir ortamın yapısal elemanlarının mukavemet ve deformasyon özellikleri, çoğu kompozit malzeme için tipik olan önemli ölçüde farklılık gösteriyorsa, belirgin bir makro çatlak oluşumu meydana gelmeyebilir. Ancak, bu durumda zayıf elemanların ayrı ayrı dağınık yıkımı da diyagramda bir düşüşe neden olur. Kapanımların rastgeleliği, heterojen bir ortamın birbirinden uzak bölümlerindeki kırılma bölgelerinin oluşum sırasını sağlar, bu da deformasyonların lokalize edilmesine engel oluşturur ve ortalama gerilme ile ortalama deformasyon arasındaki ilişkiyi belirlemek için olasılıksal yaklaşımların kullanılmasına izin verir. Belirli bir yapısal heterojenlik, lokalize olandan farklı olarak baskın bir deformasyon türü sağlar. Özellikle, lifli bir yapıya sahip gövdeler için, diyagramın düşen kısmı, eşit olmayan liflerin art arda kırılmasının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Homojen olmayan ortamın imha sürecinin doğası, düzenlemedeki rastgeleliğe ve yapısal elemanların özelliklerinin dağılım derecesine önemli ölçüde bağlıdır, bu nedenle, bu elemanların gücünün istatistiksel özellikleri, azalan dalın parametrelerini büyük ölçüde önceden belirler, özellikle, malzemenin gevrek kırılma eğilimini yansıtan eğimi.

Diyagramın düşen bölümlerinin türü ile mikromekanizmalar ve yıkım aşamaları arasındaki ilişki eserlerde belirtilmiştir. SD. Volkov, çatlak ucundaki stres dağılımının doğasının, prensip olarak, pürüzsüz bir numunenin test edilmesiyle elde edilen tam malzeme deformasyon diyagramında eğrinin azalan kısmını tekrarladığı fikrini ortaya koydu. Bu durumda, deformasyonun maksimum olduğu ve sınırlayıcı olana eşit olduğu tekil noktada (çatlak ucunda) malzemenin direncinin sıfıra düşmesi nedeniyle problemin tekilliği sorunu otomatik olarak çözülür. tamamen denge durumu. Çatlak ucundaki bir malzeme elemanı için yükleme sisteminin rijitliği sonlu olabilir ve bu bölgedeki kararlı süperkritik deformasyon için yeterli olabilir, bu da denge çatlaklarının varlığının olasılığını açıklar.

Deformasyon diyagramı ile kırılma sürecinin enerji tüketimi arasında bir bağlantı vardır. Komple diyagramın düşen dalının altındaki alan, aynı zamanda, malzemenin makro çatlak oluşumu aşamasındaki performansını belirler. SD. Volkov, bu değer ile malzemelerin kırılma tokluğunun özellikleri arasında bir ilişki önerdi. Bugüne kadar A.A. Lebedev ve N.G. Chausov, tam deformasyon diyagramlarının düşen bölümlerinin parametrelerini kullanarak plastik malzemelerin kırılma tokluğunu değerlendirmek için açık bir yöntem geliştirdi ve deneysel olarak doğruladı.

Yükleme sisteminin uygunluğu ile kırılma sürecinin kinetiği ve lokalizasyonu arasındaki yakın ilişkiyi hesaba katmak gerekir. Örneğin, mühendislik uygulamasında, hidrolik ve pnömatik basınçlı kapların ve boru hatlarının tahrip edilmesinin doğasında önemli bir fark kaydedilmiştir. Sınır değer problemlerinin geleneksel formülasyonları açısından, bu durumlar eşdeğerdir. Bu bağlamda, deformasyon ve hasar sırasında gövde konfigürasyonundaki bir değişiklikle ilişkili dış yüklerdeki değişiklikleri hesaba katmayan sınır koşulları, yapısal elemanların gerçek çalışma koşulları ve yapılan testler ile tam olarak uyuşmamaktadır.

Bu bakış açısından, deformasyon, hasar birikimi ve yıkım süreçlerinin daha yeterli bir açıklaması için, mevcut modellerin fiziksel tabanını genişletmeyi mümkün kılan üçüncü tür sınır koşullarının kullanılması tavsiye edilir. Dayanım tahminlerini netleştirmek, taşıma kapasitesinin rezervlerini belirlemek ve yapıların yıkıcı hasarlarını tahmin etmek için yapısal olarak homojen olmayan ortamların mekaniği.

Birçok yazar, yapıların veya yapıların elemanlarında süperkritik deformasyon aşamasının uygulanmasının çekiciliğini not eder, bu da mukavemet rezervlerinin kullanımına ve güvenliklerinde bir artışa yol açar. Malzemenin taşıma kapasitesinin uygulanmasının eksiksizliği, süper kritik deformasyon derecesi ile belirlenir. Ek olarak, daha önce keşfedilmemiş olan, bileşimdeki yapısal elemanların kararlı süperkritik deformasyon koşullarını belirleme görevinin önemine dikkat edilmelidir. kompozit malzeme geliştirilmiş mekanik özelliklere sahip malzemeler oluşturmak için bir temel olarak.

Optimal (denge modunda hasar süreçleri açısından) tasarım, yalnızca düşen kesitli diyagramların yaklaşıklığına indirgenmeyen süper kritik deformasyonun matematiksel bir tanımını gerektirir. Sürekli yumuşatıcı ortam modellerinin doğrulanması ve uygulanabilirlik alanlarının belirlenmesi konuları ilgilerini kaybetmedi. Her şeyden önce, deformasyon sürecinin kararlılığının analizi, sınır değer probleminin çözümünün benzersizliği ve diferansiyel denklemlerin türünde olası bir değişikliğin yanı sıra ihtiyaçla bağlantılı bir takım matematiksel problemler ortaya çıkar. yükleme sisteminin özelliklerini, kurucu ilişkilerin geliştirilmesini (izotropik malzemeler için bile), sayısal yöntemlerin geliştirilmesini ve bu tür doğrusal olmayan problemleri çözmek için etkili yinelemeli prosedürlerin oluşturulmasını hesaba katmak.

2. Mikro homojen olmayan ortam mekaniğinin yapısal-fenomenolojik modeli

Bir önceki bölümde, mekanik modellerinin oluşturulmasında fenomenolojik ve yapısal olmak üzere iki yaklaşımın varlığına dikkat çekmiştik. Pek çok bilim adamının çalışmalarında kompozitlerin mekaniği ile ilgili olarak geliştirilen ve yapısal-fenomenolojik olarak adlandırılan bir yaklaşım yaygınlaşmıştır. Deforme olabilen bir katının mekaniğinde genel olarak kabul edilen fenomenolojik denklemlerin ve kriterlerin birkaç, özellikle iki seviyede dikkate alınması gerçeğinden oluşur: kompozit yapının elemanları ile ilişkili mikroskobik (yapısal) ve makroskopik, yansıtan. kompozit malzemenin etkin özelliklere sahip homojen olarak davranışı. Bu yaklaşım çerçevesinde kurulan fiziksel nicelikler arasındaki ilişki, yapısal-fenomenolojik modeli belirlemektedir. Bu bölümde, bu çalışmada üstlenilen yarı statik yükler altında kompozit malzemelerin deformasyonu ve kırılmasına ilişkin teorik çalışmanın ana hükümleri, hiyerarşik bir sınır değer sorunları dizisinin formülasyonu ve çözümü ile ilgili bir yaklaşım çerçevesinde formüle edilmiştir. . Olasılık gösterimlerinin ve rastgele fonksiyonlar teorisinin aparatının dahil edilmesi, özelliklerin rastgele doğasını ve yapısal elemanların karşılıklı düzenini aynı anda hesaba katan modelleri incelemeye izin verir.

2.1 Rastgele ve periyodik parçalı homojen ortam modelleri

Kompozitlerin deformasyon ve kırılma süreçlerinin matematiksel modellemesinde, malzemenin mikro homojen olmayan bir ortam olarak kabul edildiği çalışmaların geliştirilmesi önemlidir.

S sınırına sahip bir V alanı, Sk yüzeyleri tarafından sınırlanan ayrık alanlar uk kümesini içersin. İki bileşenli kompozitler için, V1 = Ushk bölgesinin bir kısmı, özellikleri (birinci faz) aralık içinde olan homojen bir malzeme ile doldurulur ve V2 = V - V1 bölgesinin geri kalan kısmı, özelliklere sahip homojen bir malzeme ile doldurulur. Çoklu bağlantılı yüzey S12 = УSk, kompozitin yapısal elemanlarını ayıran bir arayüzdür. S yüzeyinin S (1) kısmı birinci fazdan, diğer kısmı S (2) = S - S (1) ise ikinci fazdan geçmektedir.

Bölgelerin karşılıklı düzenlenmesinin doğası hakkında tam bilgi biliniyorsa ve fazların fenomenolojik modelleri verilirse, o zaman parçalı homojen (bileşimsel) bir ortamın Roena sonrası modelinin olduğunu söylerler.

Aşağıdaki tanımı kabul edelim. V1 ve V2 fazları boyunca sürekli olan bir g (r) fonksiyonu için, eğer varsa ve sınırlıysa, V bölgesinin temsili hacmi (L >> l karakteristik boyutu ile) olarak adlandırılır. ortalama miktar

ve herhangi bir pozitif, keyfi olarak küçük bir g sayısı için, yalnızca g'ye bağlı olarak pozitif bir g sayısı varsa, öyle ki

Açıkçası, bu tanımın geçerli olması ve fiziksel titizlik seviyesindeki temsili hacim Vl'nin mikro homojen olmayan bir ortamın temel makro hacmi anlamına gelmesi için, şu varsayılmalıdır:

L >> l >> lsh (burada lsh, uk bölgelerinin karakteristik boyutudur). (2.2) koşulu sağlandığında, ortalama alma ölçeğinin ortalama miktarın değeri üzerindeki etkisi ihmal edilebilir.

Kompozitler için aşağıda ele alınan mikro-homojen olmayan ortamın mekaniği modeli, uk bölgelerinin karakteristik boyutunun moleküler-kinetik boyutlardan çok daha büyük olduğu ve mesafelerden çok daha az olduğu varsayımına dayanmaktadır. ortalama veya makroskopik değerler önemli ölçüde değişir. O zaman fenomenolojik denklemler ve mekaniğin ilişkileri yapısal elemanlar için geçerli kalır, yani. temel mikro hacimler dV, kompozitlerin yapısal elemanlarını oluşturan ve dl (dl) boyutuna sahip<

Bu varsayım, bir yandan, bireysel homojen olmayanların ve etraflarındaki süreçlerin (bir bütün olarak malzeme için, bunlar mikro işlemlerdir) davranışına ilişkin çalışmaları ayırt etmek ve bunları katı mekaniğin modellerini ve yöntemlerini kullanarak bağımsız olarak yürütmek için bir fırsat sağlar. Öte yandan, bir ortamdaki makroskopik süreçlerin homojen olarak tanımlanmasına izin verirken, mikro süreçlerin çalışmasının sonuçları, özellikle yapısal elemanların etkileşimini yansıtan bazı ortalama parametreler yardımıyla sürekli denklemlerde kullanılacaktır.

V hacmini dolduran kompozitin bileşenlerinin her biri için, operatörler kullanılarak stres ve gerinim tensörleri bağlanır.

i-inci bileşenin (faz) kurucu denklemlerinin malzeme fonksiyonları nerede. Kompozit malzemenin bir bileşeni ile aynı fiziksel ve mekanik özelliklere sahip tüm yapısal elemanlar kümesini kastediyoruz.

Kompozit yapının gösterge fonksiyonlarını tanıtıyoruz

burada Vi- i-inci bileşenin kapladığı alandır, f, bileşik bileşenlerin sayısıdır. Yapısal özelliklerin parçalı sürekli fonksiyonlarını oluşturalım

Şimdi mikro homojen olmayan bir ortamın kurucu ilişkileri

hızla salınan katsayılara sahip denklemler olarak sunulur. Bu durumda, genel durumlardan biri, rastgele homojen fonksiyonlar olduğunda ve rastgele değişkenler içerdiğinde, rastgele yapıya sahip bir bileşik modelidir, yani. yapısal elemanların özelliklerinin istatistiksel dağılımı dikkate alınır. Rastgele gösterge fonksiyonları için, koordinat sisteminin paralel ötelenmesine göre değişmez olan bir ve çok noktalı olasılık yoğunlukları veya moment fonksiyonlarının kümeleri bilinmelidir:

burada r "rasgele bir yarıçap vektörüdür.

Moment fonksiyonları ve olasılık yoğunlukları arasındaki ilişki

Özel durumda, δ = 1 için, istatistiksel homojenlik ve ergodiklik koşulları altında istatistiksel ortalama alma operatörüne eşdeğer olan rastgele alanlar için bir ortalama alma operatörü kavramına ulaşırız. Fonksiyonların matematiksel beklentisi için,

ve (2.7)'deki uygun olmayan integrali, Vldr = 1 normalleştirme koşulunu sağlayan düzgün yoğunluklarda temel makrohacim Vl üzerindeki integralle değiştirerek, şunu elde ederiz:

Daha yüksek mertebeden rastgele homojen alanların moment fonksiyonlarının hesaplanması için geçiş benzer şekilde gerçekleştirilir. Periyodik yapıya sahip kompozitler için gösterge fonksiyonları periyodiktir.

b sabit bir öteleme vektörü olduğunda, n isteğe bağlı tam sayılardır.

Kompozitlerin periyodik yapısı, rastgele homojen bir yapının olası bir gerçekleşmesi olarak düşünülebilir.

2.2 Kompozit mekaniğinin sınır değer problemleri

Kütle kuvvetlerinin yokluğunda V bölgesindeki gerilmelerin denge denklemlerini sağlamasına izin verin.

уij, j = 0. (2.9)

ve küçük deformasyonlar Cauchy bağıntıları ile yer değiştirmelerle ilişkilidir.

еi, j = (ui, j + uj, ben). (2.10)

V bölgesini dolduran kompozit malzeme için kurucu ilişkilerde (2.6), (2.5)'e göre malzeme fonksiyonları akl (r), istatistiksel özellikleri bilindiği varsayılan rastgele homojen alanlar oluşturur.

Temas tipinin lineer sınır koşullarının V bölgesinin S yüzeyinin S (q) kısmında verildiğini varsayalım:

burada, bazı pozitif tanımlı tensörler vardır, pi, S yüzeyine dik olan birimin vektörüdür, temas kuvvetlerinin vektörüdür.

(2.11) koşullarından, özel durumlar olarak, gerilmelerde, yer değiştirmelerde (Ni = kui ° 'de, k boyutsal bir sabit olduğunda, ui ° sınırda belirtilen bir yer değiştirme vektörüdür) ve bir karışık tip izleyin.

(2.9), (2.6) ve (2.10) denklemleri sınır koşulları (2.11) ile birlikte V bölgesi için sınır değer problemini oluşturur.

Buna göre, yer değiştirmelerdeki yarı statik sınır değer problemi, formun (2.10), (2.6)'nın (2.9)'da art arda ikamesi ile elde edilen denklemlerin çözülmesinden oluşur.

sınır koşullarına tabi

Kompozitler için sınır değer problemini (2.12), (2.13) çözerken, F operatörünün bi, j (r) malzeme fonksiyonlarının süreksizliğinden dolayı, genelleştirilmiş çözümü aramak gerekir.

Denklemi (2.12) keyfi, yeterince düzgün bir wi (r) işleviyle çarparız ve parçalara göre entegrasyon için formülü kullanırız:

Sınır koşulları (2.13), sol ve sağ tarafları t (q) tensörü ile c (q) tensörünün tersi çarpılarak dönüştürülür, yani, öyle ki:

Daha sonra sınır değer problemine (2.12), (2.13) genelleştirilmiş bir çözümle, özdeşliği sağlayan sürekli bir vektör alanı u (r) kastedilir.

keyfi vektör fonksiyonları için w (r).

Kompozit bir malzeme için, eşdeğer bir genelleştirilmiş çözüm kavramı da verilebilir. Karşılık gelen problem, kurucu bağıntıların (2.6) sürekli olan (yani, klasik bir çözüm bulan) aij malzeme fonksiyonları ve S12 arayüzünde ideal temasın koşulları olan V bölgesinin her bir yapısal elemanı içinde çözülmelidir. yerine getirilmelidir:

Aşağıda, kompozitler için sınır değer problemlerinin çözümünden bahsederken, kesin olarak genelleştirilmiş çözümlerin inşasını anlayacağız.

Kompozitlerin yapısal elemanlarının imha süreçlerini simüle etmek için, koşulun ne zaman olduğunu varsayıyoruz.

P(i), sırasıyla, i'nci bileşenin dayanım kriterinin ve dayanım özelliklerinin operatörü olduğunda, V bölgesindeki bir noktada, malzemenin iç kuvvetlerin hareketine direnme yeteneğinde kısmi veya tam bir kayıp vardır, bu, belirli bir nokta için (2.3) formunun tanımlayıcı ilişkilerinde bir değişiklik olarak yansıtılır.

(2.9), (2.6), (2.10) veya (2.12) denklem sistemleri için deformasyon ve kırılma mekaniğindeki sınır değer problemlerinin çözümünü (2.15) koşulunu dikkate alarak doğrudan elde etmek genellikle imkansızdır, çünkü bu çözümler bu çözümler nedeniyle , denklemlerin katsayıları gibi, koordinatların hızla salınan fonksiyonlarıdır. Bu nedenle, yapısal-fenomenolojik modelin denklem sistemi, makroskopik olarak adlandırılan ortalama gerilmeler, deformasyonlar ve yer değiştirmeler için denklem sistemine uygun hale getirildiğinde bir yaklaşım yaygınlaştı.

Örneğin, formun elastik kompozitleri için bir sınır değer probleminde

ortalama değerlere aşağıdaki gibi gidebilirsiniz.

(2.16) denklemlerinin katsayıları hızla salınan (rastgele homojen veya periyodik) parçalı homojen fonksiyonlar olsun ve V alanının tüm noktalarında düzgün eliptiklik koşulu sağlansın:

burada k0, K0 pozitif skaler değerlerdir.

O halde sınır değer probleminin (2.16) çözümü mevcuttur ve tektir. Bu çözümün küçük bir parametrede asimptotik açılımı

(2.17) serisinin ilk terimi sınır değer problemine bir çözüm olacak şekildedir.

ayrıca, sınır değer probleminin (2.18) operatörü düzgün şekilde eliptiktir

(2.17) açılımından ve ayrıca sınır değer problemine (2.18) çözümün varlığı ve tekliği nedeniyle, aşağıdaki gibidir:

ui * (r) niceliklerinin rastgele homojen, yarı-periyodik ve periyodik operatörler için çeşitli uzayların normlarında ortalama (veya makroskopik) yer değiştirmeler anlamına geldiği yakınsama koşulu (2.20) çeşitli yazarların eserlerinde gösterilmiştir. .

Mikro homojen olmayan ortamların mekaniğinde, mikro veya yapısal yer değiştirmeler, deformasyonlar ve gerilmeler olarak adlandırılan (2.6), (2.9), (2.10) denklem alanlarından, kavramı kullanarak ortalama alanlara geçilebilir. temel makro hacim Vl.

Temel makro hacimlerin gerilimli durumu, bileşenleri olan bir makro gerilim tensörü ile karakterize edilir ve deforme olmuş durum, bileşenleri olan bir makro gerilim tensörü ile karakterize edilir. Temel makro hacimlerin deformasyona karşı direnci, makro gerilimler ve makro deformasyonlar arasındaki ilişkiyi belirler:

Operatör, koordinatların paralel aktarımına göre değişmezse, mikro homojen olmayan ortam makro homojendir. Makro homojenlik koşulu, özellikle, malzeme işlevleri rastgele homojen veya periyodik olan ortamlar tarafından karşılanır.

Yer değiştirmelerde belirli bir formun sınır koşulları ile sınır değeri problemlerinde ortamın rastgele bir yapısına sahip mikro homojen olmayan bir bölge V için

veya voltajlarda

nerede, simetrik tensörler-sabitler, deformasyon alanları еij (r) ve stresler уij (r) rastgele homojendir (ve periyodik yapıya sahip ortamlar için - periyodik), S sınırına bitişik küçük bir mahalle hariç, her yerde. sınır koşulları genel formu (2.11), bu koşullar karşılanmaz ve ortalama bileşenler ve deformasyon ve gerilim alanları koordinatların fonksiyonlarıdır. Bu durumda, ortalama alanların (r) ve (r) yeterli düzgünlüğü varsayımı altında, temel makro hacimdeki еij (r) ve уij (r) deformasyon alanlarının eşdeğer olduğu yaklaşık bir yaklaşım geçerlidir. V alanı için verilen makro gerilimlerde yer değiştirmelerde = (bkz. (2.22)) ve verilen bir gerilmede problemlerin çözümünden bulunanlar

verilen makro gerilimler = (bkz. (2.23)).

Daha sonra, V bölgesinin her noktasındaki ortalama (makroskopik) deformasyonlar ve gerilmeler, bu nokta etrafında seçilen temel makro-hacim Vl üzerinden ortalama alınarak belirlenir:

Rastgele homojen alanlar için, bu ortalama alma, ifadeler (2.7), (2.8) tarafından sunulan ortalama alma operatörüyle çakışır.

Ortamın bileşenleri arasında kabul edilen ideal temas koşulları altında istatistiksel olarak ortalama alanların aşağıdaki özelliklerini varsaymak:

(2.9)'dan makroskobik denge denklemlerinden ve (2.10)'dan elde ederiz.

Geometrik Denklemler:

Şimdi, makroskopik fiziksel nicelikler için kapalı bir denklem sistemi elde edilmiştir (yani, kompozitin makroskopik bir modeli oluşturulmuştur) ve asıl görev, operatörün biçimini bulmak ve malzeme fonksiyonlarını belirlemektir. Makroskopik malzeme fonksiyonları, test numunelerinden bulunabilir veya kompozitlerin yapısal-fenomenolojik modellerinin sınır değer problemlerini çözerek hesaplanabilir. Bu fonksiyonlar, belirli bir form (2.22) veya (2.23) sınır koşulları ile V alanı için problemler çözerek yaklaşık olarak bulunabilir.

Böylece, yapısal-fenomenolojik model çerçevesinde kompozitlerin mekaniğinin sınır değer problemi:

etkin özelliklere sahip homojen bir bölge için sınır değer problemi karşılık gelir:

ve ikincisinin çözümünden, alanların ortalama bileşenleri bulunur

deformasyon.

Kompozitin deformasyon süreçleri ile birlikte bileşenlerinin imha süreçleri de modellenirse, formun (2.15) dayanım kriterleri sınır değer problemine (2.27) ve sistemin fiziksel denklemlerine dahil edilir ( 2.28) yapı elemanlarının sadece deformasyon özelliklerini değil, aynı zamanda yükleme sırasında tahribatlarını da yansıtır. Bu durumda, makroskopik model (2.28), dayanım kriter ilişkileri ile desteklenebilir.

operatörü P * olan ve makroskopik malzeme miktarları

hesaplanabilir.

Kompozit malzeme modellerinin iki aşamalı hiyerarşisi, deformasyon ve kırılma mekaniğinin (2.6), (2.9) - (2.11), (2.15) başlangıç ​​sınır değer probleminin çözümünü, ilişkili birkaç ardışık aşamaya bölmemize izin verir. makroskopik kurucu ilişkilerin inşası ile, etkili özelliklere sahip bir alan için sınır değer probleminin çözümü, temel makro hacimlerde yapısal deformasyon alanları bularak, yapısal elemanların yıkım süreçlerini tanımlayarak, yıkım olasılığını değerlendirerek, temel makro hacimler (yani, makro yıkım olasılığı).

Kural olarak, kompozitin bileşenlerinin doğrusal olmayan kurucu ilişkilerini kullanırken ve yapısal yıkım süreçlerini dikkate alırken, bir yandan aşamaların her birinin doğrusal olmayan problemlerini çözmek için yinelemeli hesaplama prosedürlerini organize etmek ve aynı fikirde olmak gerekli hale gelir. diğer yanda genel bir sırayla aşamalar. Bu durumda, deformasyon sürecinde, farklı noktalar etrafında seçilen temel makro hacimler eşit olarak yüklenmediğinden, başlangıçtaki makro-üniform bölge V makro-homojen hale gelir.

Bu yaklaşık yaklaşım, mekanik davranışın analizi ve kompozit malzemelerden yapılmış yapısal elemanların taşıma kapasitesinin tahmini ile ilgili bir dizi uygulamalı soruna çözümler elde etmeyi mümkün kıldı: camdan ve organoplastik bantlardan sarılmış özel amaçlı basınç silindirleri, uçak motoru cam katmanları, organo ve karbon kumaşlar, motor meme bloklarının karbon-karbon elemanları, ısı koruma katmanına sahip büyük boyutlu soketler ve diğerleri yerleştirilerek elde edilen kasalar.

2.3 Yerellik ilkesi

Bölüm 2.1'de belirtildiği gibi, mikro homojen olmayan ortamın yapısı hakkındaki ilk bilgiler, malzeme tensörünün veya skaler niceliklerin bir dizi moment fonksiyonu ile belirlenebilir. Bu moment fonksiyonları, kural olarak, gerçek örnekler üzerinde deneysel olarak veya rastgele yapıların bilgisayar simülasyonu yardımıyla oluşturulur. Bu alanda yapılan çalışmalar, rastgele istatistiksel olarak homojen yapılara sahip ikinci ve daha yüksek dereceli kompozitlerin moment fonksiyonlarının yerel olduğunu ve iki bileşenli matris tipi kompozitler için istatistiksel bağımlılık bölgesinin boyutunun yaklaşık olarak yarısına eşit olduğunu göstermektedir. inklüzyonlar arasındaki ortalama mesafe.

Mikro homojen olmayan bir ortamın yapısal özelliklerinin moment fonksiyonları hızla bozulursa, yapısal elemanların düzeninin kısa menzilli düzen olduğu söylenir.

Rastgele bir yapıya sahip kompozitlerin elastikiyet teorisindeki stokastik problemleri çözerken, moment fonksiyonlarının yerellik özelliği genellikle istatistiksel homojenlik koşuluyla birlikte varsayılırdı. Moment fonksiyonlarının sınırlayıcı lokalitesi hipotezi de bilinmektedir; bu, stokastik sınır değer problemlerinin tek noktalı yaklaşımlarını elde etmeyi ve integralleri moment fonksiyonlarını içeren istatistiksel bağımlı bölgeler üzerindeki integralleri hesaplama ile ilgili zorluklardan kaçınmayı sağlar.

Rastgele bir yapıya sahip kompozitlerin malzeme özelliklerinin moment fonksiyonlarının yerellik özelliği çok sayıda çalışma ile doğrulandıktan sonra, mekanikte daha derin kullanımı için bir temel vardır.

Yerelliğin aynı özelliği, ancak yapı elemanlarının etkileşimini zaten karakterize ettiği belirtilmelidir.

Örneğin, matrisin elastik alanında bozulmalara neden olan matris kompozitindeki inklüzyonların etkileşimi, gücü ve sırası yapısal elemanların şekline ve özelliklerine bağlı olan nokta çoklu kutuplarının etkileşimi ile değiştirilebilir. Sonlu sayıda inklüzyon içeren bir matris için periyodik problemin elastik alanı için yeterli olan bir elastik alanın üretildiği matrisinde sonlu sayıda çok kutuplu sınırlı bir hacmin seçilmesi önerilmektedir.

benzer belgeler

Sürekli ortam mekaniğinin elemanları. Deformasyon enerjisi. Minimum teoremler. Küçük hacimli inklüzyon fraksiyonuna sahip bir ortamın modeli. Polidispers model, keyfi olarak yönlendirilmiş ince katmanlı inklüzyonların küçük hacimli fraksiyonuna sahip bir ortamın özellikleri.

dönem ödevi, 30.07.2011 eklendi


Liflerden dolgu maddeleri ile güçlendirilmiş, tek bir malzemenin temeli olarak kompozit. Kompozit elde etme yöntemleri: yapay, doğal. Kompozit malzemelerde etkileşimler. (1-х) (La0.5Eu0.5) 0.7Pb0.3MnO3 + PbTiO3'ün yapısı ve fiziksel özellikleri.

tez, eklendi 08/22/2011


Klasik Newton mekaniğinin temel kavramları: görelilik ve atalet ilkeleri, evrensel yerçekimi ve korunum yasaları, termodinamik yasaları. Klasik mekaniğin uygulamalı değeri: yangın muayenesi, balistik ve biyomekanikte uygulama.

test, 08/16/2009 eklendi


Fiziksel bir malzeme deformasyon modelinin oluşturulması. Yapılandırılmış parçacık kümeleri sistemi. Basınç tedavisi sırasında metalin plastik deformasyon sürecinin mekaniğinin tanımı ve kavitasyon, rezonans olaylarına dayalı su jeti ile kesme sırasında malzemenin yok edilmesi.

02/07/2014 tarihinde eklenen makale


Doğal elementler sınıfından bir mineral olarak grafit, karbonun allotropik modifikasyonlarından biri, kristal kafesinin yapısı, fiziksel ve kimyasal özellikleri. Karbon nanotüplere dayalı kompozitlerin yapılması ve araştırma sonuçları.

tez, eklendi 22/09/2011


Kuantum mekaniğinin enerji tüketen modifikasyonu. Süper ip modelleri; dilaton skaler alan ve şişme. Kuantum mekaniğinin tüketen versiyonunun tanımına mikroskobik sicim yaklaşımı. Teorinin gözlemlerle karşılaştırılması, çizelge.

deneme, 08/05/2015 eklendi


Mekaniğin konusu ve görevleri, maddenin en basit hareket biçimini inceleyen bir fizik dalıdır. Mekanik hareket - bir cismin diğer cisimlere göre uzaydaki pozisyonunda zaman içinde bir değişiklik. Newton tarafından keşfedilen klasik mekaniğin temel yasaları.

sunum 04/08/2012 tarihinde eklendi


Bohr'un atomun "gezegensel modeli", kuantum mekaniğinin, temel ilkelerinin, fikirlerinin ve öneminin kalbinde yer alır. Kuantum (dalga) mekaniğinde maddenin parçacık ve dalga özelliklerini açıklamaya çalışır. Dalga fonksiyonunun analizi ve olasılıksal anlamı.

özet, 21/11/2011 eklendi


Hareket halindeki bir madde parçacığının, ona ivme kazandıran cisimlere karşı koyma kuvvetlerinin geometrik bir toplamı olarak eylemsizlik kuvveti. Mekaniğin temel ilkeleri ile tanışma, analiz. İdeal kısıtlamalara sahip mekanik bir sistemin hareketlerinin özelliklerinin dikkate alınması.

sunum 11/09/2013 eklendi


Katı hal fiziği ve fizikokimyasal mekaniğin önemli sorunlarından biri olarak, yeni bir fazın yapı oluşumu ve parçacıklar, homojen ve heterojen sistemlerin elemanları arasındaki bağların yok edilmesi süreçlerinin karakterizasyonu. Elektroaktivasyon nanoteknolojisi.

"Polimer kompozitlerin tanımları ve sınıflandırılması Kompozit malzemeler, iki veya daha fazla bileşenden elde edilen malzemelerdir ve..."

-- [ Sayfa 1 ] --

KONU 1. POLİMER TANIMLARI VE SINIFLANDIRILMASI

KOMPOZİTLER. BİLEŞENLERİN ETKİLEŞİM MEKANİZMASI

Modern çağ, polimerler ve kompozit malzemeler çağı olarak adlandırılabilir.

Polimer kompozitlerin tanımları ve sınıflandırılması

Kompozit malzemeler, iki veya daha fazla bileşenden elde edilen malzemelerdir.

iki veya daha fazla aşamadan oluşur. Bir bileşen (matris) sürekli bir

faz, diğeri dolgu maddesidir. Kompozit malzemeler heterojen sistemlerdir ve üç ana sınıfa ayrılabilir:

1. Sürekli bir faz (matris) ve bir dağılmış fazdan (ayrık parçacıklar) oluşan matris sistemleri.

2. Lifli dolgulu bileşimler.

3. İki veya daha fazla sürekli fazın iç içe geçmiş bir yapısına sahip olan bileşimler.

Heterojen polimer bileşimlerinin homojen polimerlere göre avantajları:

1. artan sertlik, mukavemet, boyutsal kararlılık.

2. Artan yıkım işi ve darbe direnci.

3. artan ısı direnci.

4. azaltılmış gaz ve buhar geçirgenliği.

5. ayarlanabilir elektriksel özellikler.

6. azaltılmış maliyet.

Tüm bu özelliklerin bir bileşimini tek bir bileşimde elde etmek imkansızdır. Ek olarak, avantajların elde edilmesine genellikle istenmeyen özelliklerin (akışın engellenmesi, dolayısıyla şekillendirme, bazı fiziksel ve mekanik özelliklerin bozulması) ortaya çıkması eşlik eder.

Bileşimlerin özelliklerinde geniş bir çeşitlilik, ancak fazlar arasındaki morfoloji ve yapışma kuvveti değiştirilerek elde edilebilir.

Dış etkinin matris boyunca düzgün bir şekilde aktarılması ve tüm dolgu partiküllerine dağılımı için, adsorpsiyon veya kimyasal etkileşim yoluyla elde edilen matris-dolgu ara yüzeyinde güçlü bir yapışma gereklidir.

Heterojen plastiklerdeki uyumsuz bileşenler arasında böyle bir yapışmanın varlığı, onları mekanik karışımlardan ayırır.

Matris metal, seramik, karbon olabilir. Dolgu, matristen önemli ölçüde daha yüksek fiziksel ve mekanik özelliklere sahip parçacıklar ve lifler şeklinde sunulur.

Parçacıklara genellikle dağılmış dolgu maddesi denir; boyutları mm'den mikron'a ve nano ölçekli değerlere sahip belirsiz, kübik, küresel veya pul pul bir şekle sahiptirler.

Eylemsiz dolgu maddesi, bileşimin özelliklerini pratik olarak değiştirmez.

Aktif dolgu maddesi, bileşimin özelliklerini önemli ölçüde değiştirir. Örneğin lifler, matrisinkinden iki kat daha yüksek olan elastik mukavemet özelliklerine sahiptir. Sürekli veya kısa olabilirler. İnce liflerin çapı 5-15 mikron, kalın (borik veya silisyum karbür) - 60-100 mikrondur. Kısa liflerin uzunluğu 1-2 ila 20-50 mm arasındadır.

Kompozitlerin adı, liflerin doğasına karşılık gelir: cam-, karbon-, organo-, bor plastikler, vb. Hibrit versiyonlar için - cam elyafı, organoboroplastikler, vb.

Fiber oryantasyonu, dolgulu plastiklerden güçlendirilmiş plastiklere geçişi belirler. Bir polimer matris tarafından bir arada tutulan yönlendirilmiş liflerden oluşan bir sistemdir. Plastikler, vazgeçilmez bir bileşeni herhangi bir polimer olan, kalıplama periyodu sırasında plastik veya viskoz akış halinde ve işlem sırasında camsı veya kristal halinde olan malzemeleri içerir. Plastikler homojen veya heterojen olabilir. Plastikler termoplastikler ve termosetler olarak ikiye ayrılır.

Kompozitlerin sınıflandırılması:

1. Matrisin doğası gereği:

termoset termoplastik.

melez.

Termoset matris, kompozit yapma sürecinde epoksi, eter, imid, organosilikon ve diğer oligomerlerin kürlenmesiyle elde edilen bir matristir.

Termoplastik matris - dolguyu emprenye etmek için eritilen ve daha sonra soğutulan bir matris. Bunlar PE, PP, poliarilen sülfonlar, sülfürler, ketonlardır.

Hibrit matris, termoset ve termoplastik bileşenleri birleştirebilir.

2. Dolgu maddesinin doğası ve şekli ile.

Doğal veya yapay kaynaklı organik ve inorganik maddeler. Dolgunun elastik modülü, bağlayıcının elastik modülünden daha düşük veya daha yüksek olabilir. Genellikle elastomer olan düşük modüllü dolgu maddeleri, polimerin ısı direncini ve sertliğini düşürmeden, malzemeye alternatif ve şok yüklere karşı artan direnç verir, ancak termal genleşme katsayısını arttırır ve deformasyon direncini azaltır. Dolgu maddesinin elastik modülü ve doldurma derecesi ne kadar yüksek olursa, malzemenin deformasyon direnci de o kadar yüksek olur.

Dağınık dolgulu kompozitler, Kısa ve sürekli liflere dayalı malzemeler.

Parçacıkların kimyasal yapısı çeşitlidir: tebeşir, mika, metal oksitler, cam küreler, kurum veya fulleren formundaki karbon, aerosil, cam veya kil pulları, kauçuk benzeri kapanımlar vb.

Takviye lifleri - cam, organik, karbon vb. Ayrıca, genellikle metallerin güçlendirilmesi için kullanılan iyi bilinen yüksek sıcaklık bor ve silisyum karbür lifleri de vardır.

3. Polimer kompozitlerin yapısı ile Matris - dağınık ve kısa lifli parçacıklara dayalı malzemeler için, Dokuma ve dokunmamış malzemelere dayalı takviyeli plastikler için Katmanlı (iki boyutlu) ve hacimsel.

Değişken yapıya sahip gradyan malzemeleri.

4. Dolgunun oryantasyon derecesine göre, malzemenin anizotropisi:

Parçacıkların ve liflerin rastgele düzenlenmesine sahip, izotropik yapıya sahip kompozitler, tek yönlü lif yönelimli, belirgin bir anizotropiye sahip, 90o, çapraz, ortotropik yönelimli kompozitler (0, belirli bir anizotropiye sahip, eğik lifli kompozitler 90°'den farklı açılarda oryantasyon, farklı fiber oryantasyonlarına sahip katmanlardan oluşan yelpaze şeklinde bir yapıya sahip kompozitler.

5. Malzeme ve ürünlerin üretim yöntemleriyle:

tek aşamalı yöntemler - ekstrüzyon ve "ıslak" sarma, pultrüzyon (broşlama), vakumla şekillendirme, iki aşamalı ön hazırlık yöntemleri yönlendirilmemiş (ön karışımlar) veya yönlendirilmiş (önceden emprenye edilmiş) lifli malzemeler (yarı bitmiş ürünler) ile emprenye edilmiştir. bağlayıcı, ardından "kuru" sarma, presleme, otoklav kalıplama yoluyla malzemeyi (laminat) şekillendirir.

6. Bileşen sayısına göre:

dağılmış partikülleri ve kısa lifleri birleştiren iki bileşenli, üç bileşenli PCM'ler, benzer (cam elyafı takviyeli plastik) veya önemli ölçüde farklı (cam-karbon elyaf takviyeli plastik) deformasyona sahip elyafları birleştiren polifiber hibrit PCM'ler, polimatriks yapılar, örneğin, termoset ve termoplastik bağlayıcıların bir kombinasyonuna dayanır.

7. Dolgu içeriği hacmine göre:

yönlendirilmemiş yapıya sahip - dolgu içeriği %30-40 - yönlendirilmiş yapıya sahip - %50-75, yüksek ve aşırı dolgulu organolifler - %75-95 -.

8. İşlevselliğe göre:

tek işlevli (yapısal), çok işlevli, kendi kendini teşhis edebilen (akıllı), çok işlevli, kendi kendine teşhis koyabilen ve kendi kendine adapte olabilen (akıllı).

Kompozit plastikler tasarlanırken iki aşama vardır (tabloya bakınız):

1 - hesaplamalı - analitik, 2 - deneysel - teknolojik.

1 - şunları içerir: belirtilen yükleme koşullarının analizi ve gerekli özelliklere sahip bir plastik tasarlamak için bir yöntemin belirlenmesi. Kompozit malzemelerin mekaniğinden alınan kavramlar ve formüller kullanılır:

a) fenomenolojik yaklaşım, esneklik, sürünme vb. teorisinin denklemlerinin uygulanmasına dayanır. anizotropik malzemeler için, b) - bileşimin mekanik özelliklerinin dolgu partiküllerinin boyutuna, bileşenlerin mekanik özelliklerine, hacimsel içeriğine vb. bağımlılıklarının belirlenmesi. Bu bağımlılıklar mikroskobik, makroskopik ve ara seviyelerde analiz edilir. . Mikroseviye - dolgu elemanlarının enine boyutlarıyla orantılı yapısal heterojenlik seviyesi - dolgu parçacıklarının çapı veya takviye tabakasının kalınlığı.

Tablo Kompozit plastiğin gerekli mekanik özellikleri Bileşenlerin seçimi ve bileşimdeki takviye oranı şemasının seçimi

- & nbsp– & nbsp–

Şekil Boyut oranı PCM bileşenlerinin etkileşim mekanizması Konfigürasyonuna bağlı olarak matristen dolguya stres transfer mekanizmasını ele alalım.

En basit versiyonda, polimer tek yönlü sürekli liflerle güçlendirildiğinde ve oryantasyonları yönünde gerildiğinde, bileşenlerin deformasyonu aynıdır ve bunlardan kaynaklanan gerilimler liflerin ve matrisin elastik modülü ile orantılıdır. Aynı modelde, lifler ayrık ise, o zaman gerilme dağılımı lif uzunluğu boyunca homojen değildir. Fiberin uçlarında gerilim yoktur, ancak fiber matrisinin ara yüzeyinde, fiberi kademeli olarak işe çeken kesme gerilimleri ortaya çıkar. Elyaftaki çekme gerilmelerinin büyümesi, sürekli elyafta gözlenen gerilmelerin ortalama düzeyine ulaşana kadar devam eder. Buna göre, bunun meydana geldiği uzunluk "etkisiz" olarak adlandırılır. Artan deformasyonla, "etkisiz" uzunluk büyür ve lifin gücüne karşılık gelen bir gerilimde maksimum değerine ulaşır. Bu durumda, "etkisiz" uzunluk "kritik" I olarak adlandırılır. Kompozitlerin etkileşiminin önemli bir özelliğidir ve Kelly formülü lcr / dwave = dalga / 2mat (1) ile hesaplanabilir; burada dwave ve wave, lif çapı ve gücü; mat - matrisin akma mukavemeti veya sistemin yapışma mukavemeti.

Liflerin mukavemetine ve polimer matrisinin tipine bağlı olarak, lcr / dvol oranı 10 ila 200 arasında değişebilir; dwave 10 mikronda, lcr = 0.15-2.0 mm.

Yukarıdaki akıl yürütmeden, sürekli liflerden ayrıklara geçişte, her bir lifin uzunluğunun bir kısmının tam yükü algılamayacağını izler. Güçlendirici lif ne kadar kısa olursa, o kadar az etkilidir. lcr'de, matris hiçbir koşulda yok edilmesi için yeterli olan voltajı fibere aktaramaz. Bundan kısa liflerin takviye kabiliyetinin (polimerin elastik mukavemet özelliklerinde bir artış) çok düşük olduğu sonucu çıkar. Özellikle bu tür malzemelerde asla ideal olmayan liflerin yönelimini düşündüğünüzde.

Kısa liflere dayalı malzemelerin yapısı oldukça kaotiktir. Kısa elyaf dolgu maddelerinin avantajı, malzemelerin ürünlere yüksek hızda işlenmesi olasılığı ile belirlenir. Bununla birlikte, döküm veya ekstrüzyon işleminde, uzunluğu genellikle 0.1-1 mm'ye düşürülen liflerin ek tahribatı meydana gelir.

Dağınık bir toz dolgu maddesine geçildiğinde, matristen dolgu maddesine stres aktarımı olasılığı o kadar azalır ki, kompozitin mukavemetindeki artışa katkısı, matrisin mukavemetindeki azalma ile rekabet etmeye başlar. streslerin tekdüze olmaması ve kusurların gelişmesi. Bu nedenle, böyle bir kompozitin mukavemeti genellikle matrisin mukavemetine kıyasla artmaz (bazen biraz azalır).

Viskoz termoplastikler %20'den fazla miktarda sert dolgu maddeleri ile doldurulduğunda, plastik akıştan gevrek kırılmaya geçiş gözlenir. Bu durumda, darbe tokluğunda, yıkım işinde önemli bir azalma vardır. Dolgu miktarındaki artışla elastisite modülü artar, ancak aynı zamanda, matrisin dağılmış parçacıklardan dökülmesi sırasında yükleme sırasında ortaya çıkan çatlakların boyutu ve sayısı, "sahte gözenekler", karşılık gelen streslere ulaşma anında. sistemin yapışma gücü artar. Teorik ve deneysel çalışmalar, dolgu partiküllerinin boyutunu küçülterek ve çaplarının yayılmasını sağlayarak, büyük kusurların ortaya çıkma olasılığını önemli ölçüde azaltmanın mümkün olduğunu göstermektedir.

Sertleşmenin ana nedeni, katı dolgu parçacıkları ile temas ettiklerinde çatlak büyüme yönündeki bir değişikliktir. Çatlak büyümesinin en olası yönü, uygulanan kuvvetin yönüne diktir. Bu yönde bir dolgu partikülü bulunuyorsa, çatlak yönünü partikül yüzeyine teğet olarak değiştirmelidir. Bu nedenle, parçacıklar lif biçimindeyse ve etki eden kuvvet yönünde uzarsa. Dolgu parçacıkları boyunca çatlak yayılması hariç tutulur.

Dairesel bir kesitin monolitik bir lifi kullanıldığında, mekanik özelliklerin göstergeleri genellikle 2 = 0.65 - 0.7'de maksimuma ulaşır. Profilli liflerin döşenmesi için hassas yöntemler kullanıldığında, 2'den 0.85'e kadar artırmak mümkündür, bundan sonra kompozitlerin mukavemeti, lifin mukavemetinden ziyade lif-bağlayıcı ara yüzeyindeki yapışma mukavemetine bağlı olmaya başlar.

Aynı doldurma derecesi (2 = 0.7) ve elastik modül oranı (E2 / E1 = 21), plastiğin enine yönde üçgen kesitli liflerle rijitliği, dairesel çapraz liflerle plastiğin rijitliğini aşıyor 1.5 faktörü ile bölüm.

Monolitik bir elyafın içi boş bir elyafla değiştirilmesi, aynı elyaf kütlesi ile atalet momenti arttığından, sıkıştırma ve bükülme sırasında ürünlerin mukavemet ve sertliğinin spesifik değerlerini keskin bir şekilde artırmayı mümkün kılar.

Profil liflerinin mukavemetinin düşük olması nedeniyle çekme bileşimlerinde içi boş liflerin kullanılması etkisizdir. Keserken, profilli lifler kullanmak daha iyidir.

Dağınık dolgulu polimerlerin yaratılmasındaki bir başka yön, kırılganlığı azaltmak ve darbe direncini artırmak için kauçuk parçacıklarıyla modifikasyonlarıdır.

Yüksek etkili polistiren, epoksi ve diğer matrisler için olumlu sonuçlar alındı. Malzemelerin sertleşme mekanizması görünüşte çok karmaşıktır, ancak ana rol, kauçuk parçacıkları tarafından çatlak yayılmasının önlenmesine atanır. Pek çok yazar, mukavemeti arttırmak için matris polimere ve kauçuk faza yüksek yapışma özelliğine sahip bir geçiş tabakası oluşturmanın tavsiye edilebilirliğine işaret etmektedir.

Sürekli liflere dayalı tek yönlü bir kompozite dönelim ve yıkımının mikromekanik modellerini ele alalım. Temel lifler, yığın numunelerin mukavemetinden onlarca kat daha yüksek, çok yüksek mukavemet özelliklerine sahiptir. Örneğin, dökme camın gücü 50-70 MPa'dır ve fiber formunda - 2.5-3.0 GPa; mukavemeti 4-6 GPa'ya ulaşan organik ve karbon lifler için de benzer bir tablo gözlenmektedir. Bu fark, ya ölçek faktörünün etkisiyle (lif yüzeyinin boyutu olası kusurun boyutunu belirler) ya da organik liflerin çok özelliği olan yönlenme etkisiyle açıklanır.

Filamentleri test ederken, büyük bir deneysel mukavemet değerleri dağılımı gözlenir. Bu nedenle, genellikle en az 50 numune test edilir, ortalama değer ve varyansı bulunur.

Weibull, zayıf bağlantı hipotezine dayanarak, gerilme ve numune uzunluğu L'de numunenin kırılma olasılığı P () için aşağıdaki denklemi elde etti:

Р () = 1 - exp (–L), (2)

sabitleri, temel liflerin mukavemetinin deneysel olarak elde edilen dağılımından belirlenir. Parametre P, numunelerin kusurluluğunu karakterize eder.

Katsayı değerleri normal cam elyaflar için 3-5 arasında, “hasarsız” cam elyaflar için 10-12 arasında değişmektedir.

Gerçekte, nadiren tek bir lifle, genellikle birçok liften oluşan bir demetle uğraşılır. Daniels'in teorik kavramlarına göre, bir bağlanmamış lif demetinin gücündeki azalma, dalgaların ortalama kuvvetine kıyasla, kuvvetlerinin dağılımı ile belirlenir. Yükleme sırasında, bir elyafın nihai mukavemetine ulaşıldığında kırılır ve artık işe katılmaz.

Kuvvet, tüm liflere yeniden dağıtılır, süreç, çoğu ve ardından iplikteki (demet) tüm liflerin çığ yıkımı anına kadar devam eder. = 10'da, filament n'nin mukavemeti, filamentin ortalama mukavemetinin yaklaşık %80'idir.

İplik yükleme diyagramının analizi - kademeli elyaf kopmasının tüm sürecini izlemeyi mümkün kılar. Ayrıca, iplikteki bazı kusurları, özellikle de liflerin uzunluğundaki (düzensiz gerilim) farkı, yıkımlarının eşzamanlı olmama durumunu artıran bazı kusurları belirlemenize olanak tanır. Büküm veya kısmi yapışma nedeniyle liflerin etkileşimi (bağlanabilirliği), diyagramların doğasında kendini gösterir.

- bu daha doğrusal hale gelir. Bağlanmamış bir lif demeti için Weibull katsayısı, filamentlerle aynı kalmalıdır: Demet durumunda, artma eğilimindedir.

Paketi tek bir bütün halinde bağlayan polimer matrisi - mikroplastik - gücünde bir artışa yol açar. Bu durumda, mukavemet, numunenin uzunluğundan (= 30-50) pratik olarak bağımsızdır, bu da kırılma mekanizmasındaki bir değişikliği gösterir. Gerçek şu ki, bir yerde yırtılan bir lif, bir iplikte olduğu gibi yükü algılamayı bırakmaz, ancak bitişik liflerde olduğu gibi aynı stres seviyesinde çalışmaya devam eder. Bu, kısa liflere dayalı malzemeler için yukarıda ele alınan mekanizmaya uygun olarak, kırılma bölgesinden lcr uzaklıkta meydana gelir.

Gurland ve Rosen tarafından geliştirilen istatistiksel dayanım teorisine göre, gerilim altında tek yönlü bir kompozitin tahribatı, polimer matrisindeki liflerin kırılması, kırılması yoluyla meydana gelir. Bu durumda, kompozitteki liflerin tr teorik mukavemeti, "kritik" uzunluktaki lcr bağlanmamış lif demetinin mukavemetine eşittir.

tr = (lkre) –1 / Pratikte liflerin ezilme işlemi tamamlanamamaktadır. Genellikle, en fazla sayıda kusurun biriktiği bölümdeki aşırı gerilim veya elyaf-bağlayıcı ara yüzeyinde delaminasyon nedeniyle bir ana çatlağın oluşması ve gelişmesi ile kesintiye uğrar. Bu mekanizma, büyük serbest yüzeylerin oluşumu için enerji kaybı ile ilişkili olduğundan, en yüksek mukavemet değerlerinin elde edilmesini sağlar. Buna dayanarak, kompozitte elyaf mukavemetinin uygulanması düşünüldüğünde, dalgaların deneysel değerlerinin elyaf kırma mekanizmasının uygulanmasında olabilecek mukavemet tr ile karşılaştırılması tavsiye edilir:

Kp = vol / tr, burada Kp, mukavemet gerçekleşme katsayısıdır.

Süper güçlü liflere dayalı tek yönlü cam, organik ve karbon elyaf takviyeli plastikler için gerçek değerleri %60-80'e ulaşmaktadır.

Uzunlamasına sıkıştırmada fiberglasın mukavemetinin gerçekleştirilmesini incelemek için benzer bir yaklaşım da önerilmiştir.

Şu anda, imha mekanizmalarının iki ana çeşidi değerlendirilmektedir:

Elastik bir taban üzerinde liflerin stabilitesinin kaybı nedeniyle kırılma;

Malzemenin kesme gerilmelerinin etkisiyle delaminasyonu.

İlk kırılma modelinin dikkate alınmasından kaynaklanan ana bağımlılık, malzemenin sıkıştırma hcw'deki mukavemeti ile matrisin kesme modülü Gm ve hacimsel içeriği m arasında ilişki kurar:

tszh = Gm / Vm Bu formüle göre yapılan hesaplamalar tszh'nin çok yüksek teorik değerlerini vermektedir. Örneğin, epoksi reçineler için tipik olan kesme modülü Gm = 1-1.5 GPa ve m = %30 ile, hfc'nin basınç dayanımı 3-5 GPa olabilirken, gerçek malzemeler için 1.5 GPa'yı geçmez. ..

Her durumda, fiberglas plastiklerin sıkıştırma ve kesme kesme mukavemeti arasında bir orantı olduğu iddia edilebilir:

tszh = K kayması, bu da ikinci mekanizmanın yaygın olduğunu gösterir. Bu, numunelerin yapısal kusurları ve test sırasında ortaya çıkan homojen olmayan stres alanı ile açıklanabilir. Tek yönlü cam elyafının hazırlanması ve incelenmesi için özel yöntemler, hcf'yi 2-3 GPa'ya kadar artırmayı mümkün kıldı, yani, büyük ölçüde, mukavemet gerçekleştirme katsayısını artırarak elyaf stabilite kaybı mekanizmasını uygulamak mümkün oldu. %30-40 ile %60-70 arası.

Sıkıştırılmış organoplastikler olduğunda, plastik lifler için tipik olan lif eksenine 45 ° açıyla yönlendirilen kesme düzlemi boyunca tahribat meydana gelir.

Görünüşe göre benzer bir mekanizma, bu durumda bir kesme elemanı ile birleştirilmiş olmasına rağmen, CFRP'ler için gerçekleşir.

Kompozitlerin imha mekanizmalarının çeşitliliği, bağlayıcının özelliklerini optimize etme sorusunu gündeme getirmeyi mümkün kılar. Örneğin, malzemenin lifler boyunca gerilme mukavemetini arttırmak için, matrisin sertliğini artırarak elde edilen "kritik" uzunluğu azaltmak gerekir. Öte yandan, bu, stres konsantrasyonunda bir artışa ve ana çatlağın büyümesine yol açar. Bu mekanizmalar arasındaki rekabet, sıcaklığın, test hızının değiştirilmesi veya plastikleştirici katkı maddelerinin eklenmesiyle değişen, bağlayıcının akma noktasına kompozitin mukavemetinin aşırı bağımlılığı şeklinde gözlemlenir.

Her durumda, optimum farklıdır:

liflerin doğasına, mevcut teknolojik streslerin ve kusurların varlığına bağlıdır. Bağlayıcı için gereksinimlerin tutarsızlığı, üretilebilirliği, ısı direnci, dinamik etkileri emme yeteneği (darbe mukavemeti) vb. dikkate alındığında daha da kötüleşir. Kompozit malzemelerin en zayıf noktası, düşük mukavemetleri ve kayma şekil değiştirmeleridir. Bu nedenle, teknolojik ve operasyonel stresler genellikle malzemenin çatlamasına neden olur.

Bir kompozitin kırılma tokluğunu, yeni bir yüzeyin oluşumu sırasında harcanan enerji olan spesifik kırılma tokluğu Gc ile karakterize etmek gelenekseldir. Spesifik kırılma tokluğu ne kadar yüksek olursa, kompozitin delaminasyona karşı direnci o kadar yüksek olur. Katmanlar arası viskozite, artan matris deforme olabilirliği, elyaftan matrise yapışma ve elyaftan elyafa bağlayıcı (VCB) ara katman kalınlığı ile artar.

Epoksi matrislerin kauçuklarla modifikasyonu, malzemelerin özelliklerinde önemli bir iyileşmeye yol açmadı. Belki de bu, kompozitteki plastik bölgenin lifler arası boşluğun boyutuyla sınırlı olmasından kaynaklanmaktadır. Deformabilitesi %80-100'e ulaşan örneğin poliarilen sülfon PSF gibi termoplastik matrisler kullanıldığında çok daha büyük bir etki gözlenir. Bu durumda, Gc değerleri neredeyse bir büyüklük sırasına göre artar.

Polimer kompozitlerin mikromekanik modelleri, tek yönlü bir tabakanın makroskopik elastik mukavemet özellikleri üzerindeki liflerin, matrisin, yapışkan etkileşimlerinin, malzeme yapısının ve kırılma mekanizmalarının özelliklerinin etkisini gösteren analitik bağımlılıkları ortaya çıkarmayı mümkün kılar. Bir kompozitin nihai elastikiyet modülünü ve çekme mukavemetini en başarılı şekilde tanımlarlar. Liflerin ve matrisin deformasyonlarının aynı olması durumunda, her bileşenin hacimsel içeriği ile orantılı olarak katkısını gösteren aşağıdaki katkı oranları gerçekleşir Ek = Evv + Em

- & nbsp– & nbsp–

Bu denklemlere "karışım kuralı" denir.

Polimer matrisin katkısı genellikle %2-5'i geçmediği için göz ardı edilebilir:

Ek () = Evv ve k () = cv E () elastisite modülü 1 / Eк () = w / Ev + m / Em formülü ile hesaplanabilir. sadece izotropik cam ve bor lifleri için boyuna yönde esneklik. Karbon ve organik lifler için enine modül, uzunlamasına modülden önemli ölçüde daha düşüktür. Benzer bir bağımlılık, liflerin "düzleminde" tek yönlü bir kompozitin kesme modülü için gerçekleşir.

Kompozitlerin enine gerilim-sıkıştırma ve kesme altında mukavemeti, başta matrisin özellikleri, yapıştırıcı etkileşimi, malzeme yapısı - gözeneklerin varlığı ve diğer kusurlar olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. Bu durumda analitik bağımlılıklar yalnızca korelasyon niteliğinde olabilir. Takviyenin, homojen matrisin mukavemetine kıyasla enine (enine) yönde kompozitin mukavemetini yaklaşık 2 kat azalttığı genel olarak kabul edilir.

Kompozitlerin elastik mukavemet özellikleri Mukavemet ve sertlik, herhangi bir malzemenin en önemli özellikleridir. Bir numune çekme veya sıkıştırma ile yüklendiğinde, numunede normal gerilmeler ve buna karşılık gelen deformasyonlar ortaya çıkar ve bunlar malzemenin tahribatına yol açar.

Nihai (maksimum) strese gücü denir. Lineer elastik malzemeler için, gerilim ve gerinim arasında doğrudan bir orantı vardır Hooke yasası = E. Orantılılık katsayısı malzemenin sertliğini karakterize eder ve elastik modül veya Young modülü E olarak gösterilir.

Bu yasa, örneğin burulma sırasında ortaya çıkan kesme (teğetsel) gerilmeler ve deformasyonlarla yüklendiğinde de yerine getirilir.

Bu durumda orantılılık katsayısına kesme modülü G: = .G denir.

Malzeme gerildiğinde, uzama ile aynı anda, enine boyutları azalır; bu, örneğin x boyunca ve y boyunca deformasyonlar arasında bir ilişki kuran Poisson oranı ile karakterize edilir: x = µ y.

İzotropik malzemelerin elastik özellikleri, aralarındaki ilişki G = E / 2 (l + µ) denklemine karşılık gelen iki sabit E ve G tarafından iyi tanımlanmıştır.

Yukarıdaki ilişkiler, özellikleri her yönde aynı olan izotropik malzemeleri iyi tanımlar. Bunlar, dağınık dolgulu polimerlerin yanı sıra kaotik bir yapıya sahip kısa veya sürekli liflere dayalı kompozitleri içerir. (Fibröz malzemeler için, her zaman teknolojik faktörlerin etkisiyle belirlenen belirli bir oryantasyon derecesi vardır.) Bir yapı yüklendiğinde, malzemenin gerilme-gerinim durumu çoğunlukla homojen olmaz. Bu, yıkımına neden olabilecek ana (maksimum) stresleri belirleme fırsatı sağlar. Örneğin, iç veya dış basınç altındaki bir boru durumunda, çevresel gerilmeler eksenel gerilmelerin iki katıdır, yani izotropik bir malzemenin kalınlığının yarısı eksenel gerilmeler açısından etkisizdir. Stres alanının homojen olmaması önemli ölçüde daha yüksek olabilir. Açık çıkışlı kasalar için (silahlar, el bombası fırlatıcı namluları), radyal ve eksenel gerilmelerin oranı 8-10 veya daha fazlasına ulaşır. Bu durumlarda, ana operasyonel gerilimlerin dağılımına göre matriste yönlendirilebilen lifli malzemelerin olağanüstü yeteneğinden yararlanılmalıdır.

Tek yönlü bir katman örneğine bakalım. Tek yönlü katman, elyaf yönlendirme eksenine dik doğrultuda izotropiktir x Tek yönlü kompozitlerin elastik sabitlerinin tipik değerleri tabloda verilmiştir. bir.

- & nbsp– & nbsp–

Tane boyunca tek yönlü bir tabakanın gerilme mukavemeti, liflerin mukavemet seviyesine, bağlayıcının tipine ve içeriğine bağlı olarak 1.0 ila 2.5 GPa arasında değişebilir. Bu durumda, enine yöndeki mukavemet 50-80 MPa'yı geçmez, yani. anizotropi katsayısı 20-30'dur.

Yükün hareket yönünün liflerin yönlenme yönünden hafif bir sapması, kompozitin gerilme mukavemeti üzerinde pratik olarak hiçbir etkiye sahip değildir. Bu nedenle, malzemenin enine mukavemetini arttırmak için özel bir yayıcı tarafından veya sarım aralığının arttırılmasıyla oluşturulan liflerin (3-5 °) bir miktar yanlış yönlendirilmesine izin verilir. Sıkıştırma durumunda, bu kabul edilemez, çünkü malzemenin sıkıştırmadaki gücünü belirleyen kesme gerilmelerinin gelişimini teşvik eder.

Tek yönlü kompozit, yapısal elemanın performans gereksinimlerine göre tek tek katmanların birleştirilmesiyle oluşturulan karmaşık bir yapının temelidir. Üretim yöntemleri: vakum veya otoklavla şekillendirme, presleme, sarma.

Karmaşık yapıya sahip katmanlı kompozitlerin deformasyon ve kırılma süreçlerini tanımlamak için teorik modelleri daha fazla ele alalım. Geleneksel olarak, hesaplama yöntemlerinin geliştirilmesinde iki ana yaklaşım ayırt edilebilir: fenomenolojik ve yapısal. Fenomenolojik yaklaşımda, kompozit malzeme, modeli deneysel olarak elde edilen verilere dayanan homojen bir anizotropik ortam olarak kabul edilir. Seçilen mukavemet kriteri, bir bütün olarak tüm malzeme için geçerlidir. Fenomenolojik modellerin avantajı hesaplama kolaylığıdır. Bununla birlikte, karmaşık bir takviye şemasına sahip malzemeler için çok sayıda deney gerektiren birçok ampirik katsayı belirlemek gerekir. Ek olarak, fenomenolojik modeller, kırılma sırasındaki yapısal süreçleri dikkate almaz: çatlama, mikro şişkinlik, vb.

Dolgu partiküllerinin optimal boyutunun belirlenmesi Partikül yüzeyinin farklı alanlarında (mikro pullar veya mikro lifler) ortaya çıkan stres, karşılık gelen yüzey alanından r mesafesine bağlıdır = - o (1 -) / 2r, burada Poisson oranıdır.

Yüksek oranda dağılmış bir dolgu maddesinin spesifik yüzey alanındaki bir artışla mukavemet, bileşimin bileşenlerinin doğasına bağlı olarak belirli bir maksimuma yükselir.

Fiberler arasında belirli bir mesafede gerilebilir ortotropik plastikte sürekli fiberlerin optimal çapı d, denklem d (1/2 - 1) ile belirlenir, burada 1, 2 sırasıyla bağlayıcı ve dolgu fiberlerinin kopma uzamasıdır.

Dolgu partiküllerinin şeklinin seçimi Partiküllerin şekli, plastiğin imha mekanizmasını etkiler. Ürünlerin boyutu ve şekli, işleme teknolojisi dikkate alınır.

Küçük kalınlıkta ve karmaşık konfigürasyonda ürünler olması durumunda, ürünün kalıplanması sırasında orijinal dağılımı koruyarak bağlayıcı içinde kolayca dağıldıkları için yüksek oranda dağılmış dolgu maddeleri (tozlar) tercih edilir.

Yüksek oranda dağılmış dolgu maddelerinin kullanılması, sonraki mekanik işleme sırasında ürünlerin tahrip olma, delaminasyon olasılığını azaltır.

Gerilmiş bir numunedeki katı kapanımlar, bağlayıcının dolgu ile temas bölgesindeki stresi azaltır, ancak küresel partikülün kendisinde stres,

Ondan uzak bağlayıcı bölgelerindeki voltajın 1,5 katı, yani. dolgu, yükün büyük kısmını alır.

Parçacıklar elipsoidal ise ve deformasyon ekseni yönünde yönlendirilirse dolgunun etkisi artar.

Optimal mekanik özellikler dengesine sahip bileşenlerin seçimi Koşullar: yapıştırıcı etkileşimi, bağlayıcının kohezyonundan daha büyüktür, her iki bileşen de yok olana kadar birlikte çalışır, ideal olarak dolgu malzemesinin ve bağlayıcının elastik davranışı.

Optimum doldurma derecesinin belirlenmesi Güçlendirici lifler bile plastikler üzerinde her zaman güçlendirici bir etkiye sahip değildir. Tek yönlü plastikte bağlayıcı ve takviyenin deformasyon özelliklerinin oranı cc koşulunu sağlıyorsa, o zaman kritik hacimsel lif içeriğine (c, cr) kadar, gerilme mukavemetinde doğrusal bir azalma bile vardır = c (1 - c) ).

c'ye eşit kopmada bağlayıcının hafif deformasyonu nedeniyle, lifler tarafından alınan stres, polimer matrisinin mukavemetindeki düşüşü telafi etmek için çok düşüktür. Sadece b, cr'den başlayarak, takviyeli elyafın toplam mukavemeti, matrisin mukavemetindeki düşüşü telafi edebilir ve plastiğin mukavemeti artmaya başlar.

Her bir plastik, seçilen polimer bağlayıcı için daha az olan, takviye edici lifler daha güçlü olan kendi b, cr ile karakterize edilir ve seçilen lif türü için, bağlayıcının artan gücü ile büyür c.

Maksimum doldurma derecesi, max ideal olarak, silindirik yüzeylerin generatrisi boyunca birbirine temas ettikleri liflerin bu tür bir paketleme yoğunluğuna karşılık gelir. Nihai paketleme yoğunluğu, farklı doldurma derecelerinde elde edilir.

LLC â, maks = 0,785, altıgen LLC â, maks = 0,907 Tetragonal LLC LLC Farklı çaplarda lifler kullanılıyorsa, o zaman â, maks = 0,924 elde etmek mümkündür.

Optimum derece maksimumdan daha azdır, opt 0.846 / (1 + min / D) 2, burada min, lifler arasındaki mümkün olan minimum mesafedir.

Polimer kompozit malzemelerin (PCM) yapı ve özellikleri.

Yüksek lif içeriğine sahip PCM. Kompozitlerin fiziksel ve mekanik özellikleri, esas olarak bileşenlerin nispi içeriğine bağlıdır. "Karışım kuralına" göre, liflerin içeriği ne kadar yüksekse, ambalajlarının yoğunluğu o kadar yüksek, kompozitlerin elastisite modülü ve mukavemeti (diğer şeyler eşit olmak üzere) o kadar yüksek olmalıdır. Malzemedeki liflerin kütle içeriğinin hesaplanması, teknolojik hususlardan (doğrusal yoğunluk, kumaş katmanlarının sayısı veya sarım parametreleri) belirlenen numunedeki miktarlarına dayanır. Fiberglas için bağlayıcı tükenmişlik yöntemini kullanabilirsiniz. Öküz + sv = 1 oranı vardır.

Teorik olarak, en yoğun altıgen dolgulu bir çaptaki olası maksimum lif içeriği hacimce %90.8'dir. Elyaf çaplarının gerçek dağılımı (%10) dikkate alındığında bu değer yaklaşık %83'e düşmektedir. Birçok çalışmada optimal lif içeriği w = 0.65'tir. Bu değer, görünüşe göre, bağlayıcı filmlerin kalınlığını değil (farklıdırlar), ancak malzemenin bir yöntemle oluşumu sırasında oluşan lifli çerçeveyi karakterize eder. Bu durumda kuvvet faktörlerinin etkisi (sarma sırasındaki gerilim ve presleme basıncı) etkisizdir, çünkü bu sadece liflerin tahrip olmasına yol açacaktır.

Fiber içeriğini artırarak kompozitlerin elastik mukavemet özelliklerini arttırmanın gerçek yolu, kompozit yapıdaki konumları sabitlenene kadar prepreg içindeki paketlerini sıkıştırmaktır. Bağlayıcının viskozitesini azaltarak ve kuvvet faktörlerinin etkisini artırarak, tek yönlü kompozitteki cam ve organik liflerin içeriğini hacimce %78'e çıkarmak mümkün olmuştur. Aynı zamanda elastik mukavemet özellikleri de buna göre arttı. Teorik olarak, liflerin içeriği çaplarına bağlı değildir, ancak pratikte bu çok önemlidir. Cam veya organik liflerin yarısı kadar bir çapa sahip olan karbon lifleri söz konusu olduğunda, böyle bir sistemde sürtünmenin üstesinden gelmek ve bir aşınmayı ortadan kaldırmak daha zor olduğundan, CFRP'deki içeriklerini sadece %65'e kadar artırmak mümkün olmuştur. fazla bağlayıcı.

SVM'nin organik liflerini kullanırken, lif içeriği %90-95'e kadar olan yüksek oranda güçlendirilmiş organoplastikler elde etmek mümkündür. Bu, liflerin eksenlerine dik doğrultuda tersinmez termal deformasyonu nedeniyle elde edilir, bu da bitişik liflerle temas nedeniyle lif enine kesitinin yuvarlaktan keyfi bir enine kesite değişmesine neden olur. CBM lifleri arasındaki etkileşim, ya muhtemelen kısmen liflerin içinde bulunan bir bağlayıcının en ince katmanları yoluyla veya lif bileşenlerinin karşılıklı difüzyonu sırasında oluşan bir otohezyon bağı yoluyla sağlanır.

Halka şeklindeki numunelerin elastikiyet modülü ve mukavemeti, “karışım kuralının” yerine getirildiğini gösteren, liflerin hacimsel içeriğindeki tüm artış aralığında pratik olarak doğrusal olarak değişir.

Kompozitin elastik mukavemet özelliklerini arttırmanın etkisi (%20-40), bazı durumlarda malzemelerin kesme ve enine özelliklerinde bir azalmanın yanı sıra su emiliminde bir artış gözlemlenen ile önemli ölçüde örtüşmektedir.

Yüksek ve ultra takviyeli kompozitler, kaymayan bileşenlerde kullanılmalıdır. Hava koşullarına karşı direnci arttırmak için yapının dış katmanları, normal veya arttırılmış bağlayıcı içeriğine sahip kompozitlerden yapılabilir.

HİBRİT VE GRADYENT TAKVİYELİ PLASTİKLER (HAP) C

AYARLANABİLİR MEKANİK ÖZELLİKLER

Cam, organik, karbon ve bor olmak üzere iki veya daha fazla elyaf türünü birleştiren hibrit polimer kompozit malzemelerin oluşturulması, istenen özelliklere sahip malzemeler yaratma olasılığını genişletmeyi mümkün kıldığı için modern teknolojinin geliştirilmesinde umut verici bir yöndür. HAP'ın özellikle çekme sırasındaki mekanik davranışının doğasını etkileyen en önemli faktör, malzemeyi güçlendiren liflerin nihai deformasyonlarının değeridir. Benzer deformasyon özelliklerine sahip elyafları birleştiren HAP'ler arasında cam elyafı ile güçlendirilmiş plastikler ve karbon-boroplastikler bulunur.

Bu tür malzemelerin çekme, basma, eğilme ve kesmedeki mekanik davranışı temel olarak toplama ilkesine, yani "karışım kuralına" tekabül eder.

HAP çalışmasında, farklı deforme olabilirliğe sahip lifleri birleştiren, düzenliliklerin farklı bir doğası gözlenir. Karbon-cam, karbon-organik, bor-cam ve bor-organoplastikleri gererken, liflerin yok edilmesi aynı anda gerçekleşmez.

Kompozitin nihai deformasyonu, bu durumda esas olarak, hacimsel içeriği baskın olan liflerin deformasyonu ile belirlenir.

Yüksek modüllü lifleri "1" indeksi ve düşük modüllü lifleri "2" indeksi ile gösterelim.

Yüksek elastisite modülüne sahip yüksek lif içeriğinde (ve nihai deformasyon 1'in küçük bir değeri), kompozitin mukavemeti k1 = 1 (ECBf + E11 + E22) formülüyle hesaplanır. Yüksek lif içeriğinde düşük bir elastisite modülü ile, kompozit k'nin mukavemeti, k2 = 2 (ECBf + E22) formülü ile hesaplanır. Üç bileşenli malzemelerin imha mekanizması, çok modüllü fiberlerin belirli bir kritik oranı µcr'ye ulaşıldığında değişir, farklı kopma uzamasına sahip liflerin tahribatının eşit derecede muhtemel olduğu, yani k1 =.

k2. Matrisin gücünü ihmal ederek, dönüşümünden sonra 1 Е11 + 1Е22 = 2 Е22 oranını elde ederiz:

1/2 = k = Е2 (2 - 1) / 1 Е1 2 = 1 - 1 olduğundan, µкр2 = k / (1 + k).

Karbon fiber takviyeli plastikler için E1 = 250 GPa, E2 = 95 GPa, 1 = %0,8, 2 = %3,5, ardından k = 0,3 alabiliriz; µcr1 = %23 veya µcr2 = %77.

Kritik hacim kavramı aynı zamanda bir fiber tipine dayalı kompozitler için de geçerlidir. Bağlayıcının tahribatından liflerin tahribatına geçişi karakterize eder.

Elastik özelliklerindeki büyük farklılık nedeniyle, µcr çok küçüktür ve liflerin %0.1-0.5'i kadardır.

Farklı modüllü tellerin farklı içeriğine sahip karbon fiber takviyeli plastiklerin deformasyon eğrilerini ele alalım. İlk bölümde, deformasyon eğrileri doğrusaldır, karbon ve cam elyaflar birlikte deforme olur, elastik modül iki bileşenden oluşur ve toplamsal temsillere karşılık gelir. Kritik miktardan fazla karbon fiber içeren numuneler %0.7-0.9 deformasyonda yok edilir. Deformasyon eğrilerinde doğrusal olmayan bölüm II - karbon fiber içeriğinin kritik olandan daha az olduğu karbon fiber takviyeli plastiklerin, fiberglas matrisinde karbon fiberlerin kademeli olarak ezilmesi nedeniyle bir "psödoplastisite" bölümü olarak kabul edilebilir, Bu, malzemenin bütünlüğünü sağlar. Doğrusal olmayan bölüm II, yaklaşık %2'lik bir deformasyonla sona erer. Ayrıca, elastik modülün kompozitteki cam elyaf fraksiyonuna ve nihai deformasyona karşılık geldiği neredeyse doğrusal bir III kesiti gözlenir.

- cam elyafların deformasyonunun sınırlandırılması 2 % 3-3.5.

Numunenin tekrar tekrar yüklenmesi üzerine, diyagram tamamen doğrusaldır ve orijinal eğrinin üçüncü bölümüne karşılık gelir. Aynı zamanda, liflerin parçalanması, görünüşe göre, başka bir iki veya üç yükleme - boşaltma döngüsü sırasında meydana gelir, çünkü ancak bundan sonra elektrik direncinin numunenin deformasyonuna sabit bir korelasyon bağımlılığı kurulur.

HAP'ın gerilme mukavemetinin multimodal liflerin oranına bağımlılığı, liflerin kritik oranına karşılık gelen minimuma sahip bir eğri ile karakterize edilir.

Sıkıştırmada test edilen malzemeler için diyagramlar ve dayanım bağımlılıkları neredeyse doğrusaldır. Düşük mukavemetli (sıkıştırmada) organik ve karbon lifler, bir cam veya boroplastik matris içinde bulunurlar, deformasyon sırasında ve dolayısıyla geleneksel organik ve karbon lifi takviyeli plastiklerden 2-3 kat daha yüksek gerilmelerde stabilitelerini kaybetmeyebilirler. Bu etkilerin yanı sıra, bir fiberglas matrisindeki karbon fiberlerin gerilim altında deforme olabilirliğinin artması, birçok yazar tarafından sinerjistik olarak adlandırılmaktadır.

Farklı tipteki lifler aynı katman veya alternatif katmanlar içinde karıştırılır.

Aşağıda, HAP'taki çok modüllü fiberlerin en rasyonel kombinasyonunun bazı örnekleri verilmiştir:

cam ve organik liflerin kombinasyonu, bir yandan daha yüksek basınç ve kesme mukavemetine sahip (organoplastiklere kıyasla) malzemelerin elde edilmesini, diğer yandan gerilim altındaki hibrit sistemin spesifik özelliklerini (karşılaştırıldığında) artırmayı mümkün kılar. fiberglas için);

Cam ve karbon elyaflarının bir kombinasyonuna dayanan HAP, cam elyafına kıyasla daha yüksek bir elastiklik modülüne sahipken, malzemelerin mukavemetinin spesifik özelliklerini sıkıştırmada ve gerilimde hafif azalmayı korur; örneklerin imhası işi artar;

cam elyafına bor liflerinin eklenmesi, malzemelerin sıkıştırmadaki mukavemetini korurken (veya arttırırken) elastiklik modüllerini önemli ölçüde artırabilir.

HAP çeşitlerinden biri, yapısı ve özellikleri mekansal olarak homojen olmayan gradyan PCM'dir. Bir dizi durumda PCM'nin elastik mukavemet özelliklerinde düzgün, kontrollü bir değişiklik, tek tip bir stres alanı yaratmayı mümkün kılar. Örneğin, homojen PCM kabukları, yapının kalınlığında bir artış ile iç veya dış basınçla yüklendiğinde, etkin elastik mukavemet özelliklerinde önemli bir azalma gözlenir. Yalnızca basınç ortamına bitişik katmanlar tam olarak yüklenir. Belirli bir kalınlıktan başlayarak, PCM pratik olarak ek yük algılamayı bırakır ve kabuk kalınlığını arttırmanın bir anlamı yoktur. Teorik olarak, bu fenomen, değişken (kalınlıkta artan) elastisite modülüne sahip bir PCM kullanılarak önlenebilir.

Aynı zamanda malzemenin ağırlık ve boyut özellikleri 1.5-2 kat daha iyi hale gelecektir.

Pratikte, bu seçenek, örneğin, cama göre karbon fiber miktarını kademeli olarak (hesaba göre) artırarak, bir PCM kabuk katmanını katman katman sararak gerçekleştirilebilir. Yüksek hızda dönen süper volanlar veya rotor lastikleri oluşturulurken de benzer sorunlar (ve bunların çözümü) ile karşılaşılır. Farklı lif içeriğine sahip katmanların konumunun değiştirilmesi, malzemelerin kesme, titreşim ve yorulma mukavemetini, su ve hava koşullarına karşı direncini artırır.

Gradyan yapısal kompozitler, PCM'nin yeteneklerini önemli ölçüde genişletir.

Hemen hemen tüm "doğal yapılar" böyle bir yapıya sahiptir (bitkilerin gövde ve gövdeleri, bitki ve hayvanların koruyucu iğneleri, kuşların gaga ve tüyleri ve daha birçok örnek). Bu konuda doğanın gerisinde güçlü bir gecikme olduğu ve yapay olarak yaratılmış ürünlerin performans özelliklerini geliştirmek için büyük bir rezerv olduğu açıktır.

"Akıllı" kompozitler XX yüzyılın sonunda. malzeme biliminde yeni bir terim ortaya çıktı - "entelektüel"

malzemeler. Kabul edilen "akıllı" malzeme kavramı, onu kendi kendine teşhis ve kendini uyarlama yeteneğine sahip yapısal bir malzeme olarak tanımlar. Bu materyaller, ortaya çıkan durumu (duyusal fonksiyon) tanıyabilmeli, analiz edebilmeli ve bir karar verebilmeli (işlemci fonksiyonu), ayrıca gerekli tepkiyi uyarabilmeli ve gerçekleştirebilmelidir (yürütme fonksiyonu).

Şu anda, listelenen gereksinimlerin tümünü karşılayacak hiçbir kompozit yoktur. Bununla birlikte, bu görevler kısmen (adım adım) çözülebilir, her şeyden önce, durumları hakkında, operasyonel yüklerin izin verilen maksimuma yaklaşımı, çatlama, kimyasal korozyon, su emme vb. hakkında bilgi veren materyaller oluşturma görevleri. .

Bu tür kompozitlerin sensör elemanları için temel gereksinim, mekanik strese duyarlılık ve hacim boyunca dağılma yeteneğidir. İdeal bir sensör, deformasyonu elektrik sinyallerine dönüştürmelidir. Bu anlamda, oluşumları sırasında kompozitlere dahil edilebilen iletken lifler umut vericidir. Bunlara konstantan veya nikrom tel, iletken karbon veya bor lifleri, poliviniliden florür piezoelektrik filmler vb. dahildir.

Polimer kompozitlerin viskoelastik özelliklerinin kontrolü (kusur tespiti), ses hızı ile absorpsiyon katsayısı arasındaki ilişkiyi sabitleyen akustik yöntemler kullanılarak gerçekleştirilir. Polimerlerin manyeto-dielektrik özelliklerini PCM teşhisi için kullanırken, çok dağılmış demir, bakır, nikel, karbon nanoparçacıkları (fullerenler ve nanotüpler) dahil olmak üzere manyetik ve elektriksel olarak iletken malzemelerin dağınık (kolloidal) parçacıklarının eklenmesi önerilir.

Yürütücü (uyarlanabilir) mekanizmaların çalışma prensibi, herhangi bir fenomenden kaynaklanan deformasyondur - ısıtma, bir elektrik sinyalinin sağlanması, vb. Piezoelektrik etki, elektro- ve manyetostriksiyon ve şekil hafızası etkisi, malzeme aktivasyonu için en kabul edilebilir olanlardır. Bu mekanizmalar, bir elektrik sinyalinin tetiklenen bir deformasyona dönüştürülmesini sağlar. En büyük etki şekil hafızalı metallerde gözlenir. Titanyum ve nikel alaşımı %2'ye kadar deformasyon sağlar. Aktüatörün bir diğer önemli göstergesi, belirli bir gerilim-gerinim durumu yaratma olasılığını belirleyen elastisite modülüdür. Genellikle temel malzemenin elastisite modülü ile karşılaştırılabilir.

"Akıllı" kompozitler için üretim süreci, temel olarak bir temel malzemeden bir ürün yapmakla aynıdır. Bu durumda, yapısını minimum düzeyde ihlal ederek malzemeye bilgi ve yürütme unsurları eklemek gerekir. Bağlayıcının kürlenmesi sırasında meydana gelen mikromekanik süreçlerin karmaşıklığına da dikkat etmek gerekir.

"Akıllı" kompozitler, elbette, geleceğin malzemesidir, ancak zaten yurtdışında (ABD, Japonya, Büyük Britanya, Kanada'da), başta havacılık olmak üzere modern teknoloji için bu tür malzemeleri oluşturmak için yoğun bilimsel ve teknik çalışmalar yürütülmektedir. roket ve uzay vb. gibi kitle iletişim araçları için. "Akıllı" malzemelerin kullanıldığı tasarım örnekleri arasında, F-15 uçağının kanadının ön kenarı, uzay aracı, azaltılmış gürültü ve titreşime sahip uçaklar için döner yapının segment reflektörü ve aktüatörleri yer alır. Modern rüzgar enerjisi jeneratörleri yaratan Alman şirketleri, 100 m ve daha fazla çapa sahip kanatların durumunu izliyor. Malzemenin içine yerleştirilen optik fiberler, malzemenin yapısal bütünlüğünün izlenmesine ve kanatlara etkiyen yüklerin otomatik olarak optimum seviyede tutulmasına olanak tanır. Örneğin bir yıldırım düşmesi nedeniyle malzemenin katmanlara ayrılma olasılığı da kontrol edilir.

Kompozit plastiklerin özelliklerinin bileşenlerin etkileşimi üzerindeki bağımlılığı Ara yüzey bölgesindeki bileşenlerin karşılıklı etkisi, bileşimin bileşimi ve oluşum koşulları ile belirlenir. Nadir durumlarda, mekanik performans ve etkileşim arasında işlevsel bir ilişki kurmak mümkündür.

Boyutlandırma yapışma mukavemetini arttırdığında, yapışma mukavemeti ile çekme kopma gerilmesi arasında bir ilişki vardır.

Elyaf düzenlemesinin seçimi, kuvvet alanının dağılımına ve yüklemenin doğasına ilişkin veriler temelinde yapılır.

Kompozit malzemelerden yapılan ürünlerdeki artık gerilmeler performans özelliklerini etkiler. Artık gerilme (mekanik, ısıl, büzülme, difüzyon vb.), ürünün hacminde karşılıklı olarak dengelenen, dış kuvvet, termal ve diğer alanların etkisi sonucu içinde ortaya çıkan ve içinde var olan gerilmeler olarak anlaşılmaktadır. alanın etkisinin kesilmesinden ve geçici stresin ortadan kalkmasından sonra ürün. Malzemenin hacmi boyunca sıcaklık, kür derinliği, kristallik derecesi veya emilen madde miktarı aynı olduğu anda geçici sıcaklık, büzülme, difüzyon stresleri ortadan kalkar. Dış alanın etkisinin kesilmesinden sonra mekanik geçici stresler ortadan kalkar.

Kalıplanmış bir üründe artık gerilmeler, yalnızca ürünün hacminin bir kısmındaki maksimum geçici gerilmeler malzemenin akma noktasını aştığında ve normal sıcaklıklarda geri dönüşü olmayan deformasyonlar (plastik ve yüksek elastik) olduğunda veya eşit olmayan bir nedeniyle ortaya çıkar. dönüşüm derecesi (sertleşme, kristalleşme) malzeme hacminin ayrı alanları farklı termoelastik özellikler kazanır. Polimer matrisinin ve dolgu maddesinin termoelastik özelliklerindeki fark, artık gerilimlerin ortaya çıkmasına da yol açar.

Kalıplama işlemi yüksek sıcaklık ve basınçlarda gerçekleştirilir.

Sonuç olarak, kürleme genellikle ekzotermik olduğundan daha da artan sıcaklık gradyanları ortaya çıkar.

Soğutma sırasında, yüzey katmanlarında, geri dönüşü olmayan ek deformasyonların ortaya çıkmasına ve bitmiş ürünlerde artık gerilmelerin artmasına neden olabilecek önemli termal stresler ortaya çıkar.

Artık gerilim belirleme yöntemi. Çözücü yöntemi.

Numune, polimere nüfuz eden ve yüzey tabakasının gerilimini artıran bir çözücü ile işlenir. Yüzey gerilimi, şişme tabakasının kopma gerilimini aştığında, içinde küçük çatlaklardan oluşan bir ağ görünecektir. Bu durumda, lg = lgm + nlgres, burada kalan artık gerilme (kg/cm2), m ve n sabit değerlerdir.

Bağlayıcı ve dolgu arasındaki arayüzde voltaj.

Ana sebep, polimer matrisinin kürleme ve soğutma sırasındaki büzülmesidir; bu, bir yapıştırıcı bağ ile matris ile bağlantılı dolgu maddesinin sıcaklık büzülmesinden önemli ölçüde farklıdır. Kürlenmiş reçinenin dolgu maddesi üzerindeki basıncı (1 2) TE 2 P =, (1 + 1) + (1 + 2) (E1 / E 2) denklemi kullanılarak hesaplanabilir, burada 1 ve 2 termal katsayılardır. genleşme, T kürleme sıcaklıkları ile soğutma arasındaki fark, 1 ve 2 - Poisson oranları, E1 ve E2 - deformasyon modülleri (1 - bağlayıcı, 2 - dolgu).

Malzemedeki gerilmeler simetrik değilse şekilde bozulmalara neden olabilir.

KONU 2. DOYMUŞMUŞ POLYESTER REÇİNELERİ

Doymamış oligoesterler, bir vinil grubu içeren doymamış monomerler kullanılarak elde edilen oligomerik esterlerdir. Bu tür oligomerler, takviyeli plastiklerin ve diğer kompozit malzemelerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durumda iki tip doymamış oligoester kullanılır: oligoester maleinatlar ve oligoester akrilatlar.

Reaktif polimerleri ve monomerleri birleştirme fikri, 1930'larda, glikollerin maleik anhidrit ile reaksiyona girmesiyle elde edilen doymamış polyester reçinelerinin, bir peroksit başlatıcı eklendiğinde çözünmeyen bir katı malzemeye dönüştüğünü keşfeden K. Ellis tarafından önerildi. Ellis, bu keşfi 1936'da patentledi.

Oligoester maleinatlar, maleik anhidridin dihidrik alkollerle (etilen glikol, dietilen glikol, 1,2-propilen glikol) ve diğer dikarboksilik asitlerle (adipik, izoftalik ftalik anhidrit, vb.) reaksiyona sokulmasıyla hazırlanır. 50 ila 230 ° C arasında ısıtıldığında gerçekleştirilen oligomerlerin sentezi sırasında, maleat birimlerinin fumarata kısmen veya neredeyse tamamen izomerizasyonunun gerçekleştiğine dikkat edilmelidir: Fumarat çift bağları, kürlemede maleattan 20-60 kat daha aktiftir. reaksiyonları ve kürlenmiş bir polimerin üretimine daha fazla katkıda bulunur.

Ellis daha sonra doymamış bir polyester alkid reçinesini vinil asetat veya stiren gibi monomerlerle reaksiyona sokarak daha değerli ürünlerin elde edilebileceğini keşfetti. Monomerlerin eklenmesi, reçinenin viskozitesini önemli ölçüde azaltır, bu da başlatıcının sisteme eklenmesini kolaylaştırır ve daha güçlü ve daha dolgun bir kürleme işlemi sağlar. Bu durumda, karışımın polimerizasyonu, her bir bileşenin ayrı ayrı polimerizasyonundan daha hızlıdır.

Kürleme radikal bir mekanizma ile ilerlediğinden, kürleme sırasında karışıma serbest radikal kaynağı olarak hizmet eden ve polimerizasyon zincir reaksiyonunu başlatan başlatıcılar eklenir. Serbest radikaller, peroksitlerden veya azoedinin gibi diğer kararsız bileşiklerden oluşturulabilir. Ayrışma hızlarını arttırmak için bileşime ilave olarak aktivatörler (destekleyiciler) eklenir.Kürlemenin tipik başlatıcıları benzoil hieroksit ve kümen hidroperoksit asitlerdir. Ko naftenat genellikle 20 - 60 ° C'de polimeinat stiren bağlayıcıları kürlemek için kullanılır. 80 - 160 ° C'de - benzoil ve dikumil peroksit.

Oksijen bir inhibitördür. Bu nedenle, mumlu maddeler tanıtılır. Yumuşama noktası düşük ve yüzey aktif oldukları için bağlayıcının yüzeyini kaplar ve oksijenden korurlar.

Bazen yangın direncini arttırmak için polimaleinat bağlayıcılara yangın geciktiriciler eklenir: Sb2O3, klor ve fosfor içeren organik bileşikler.

Stiren içermeyen polyester bileşimleri, stirenin divinilbenzen, viniltoluen, dialil ftalat gibi daha az uçucu (stiren uçucu ve toksiktir) monomerlerle değiştirilmesiyle elde edilir.

Aktif seyreltici olarak stiren yerine trietilenglikol dimetakrilat (TGM-3) başarıyla kullanılmaktadır:

Oda sıcaklığında, sıvı reçineler aylarca hatta yıllarca stabildir, ancak bir peroksit başlatıcının eklenmesiyle birkaç dakika içinde katılaşırlar. Kürlenme, "ilave reaksiyonu ve çift bağların basit olanlara dönüştürülmesi; bu herhangi bir yan ürün oluşturmaz. Stiren çoğunlukla ilave monomer olarak kullanılır. Polimer zincirlerinin reaktif çift bağlarıyla etkileşime girerek onları güçlü bir üç boyutlu yapı halinde birleştirir. Sertleştirme reaksiyonu, ısının serbest bırakılmasıyla gerçekleşir ve bu da işlemin daha eksiksiz bir seyrine katkıda bulunur. Reçine kürlendiğinde genellikle polimerdeki çift bağların yaklaşık %90'ının reaksiyona girdiği bulunmuştur.

Oligoester akrilatlar, akrilik serisinin polihidrik alkoller, doymuş alifatik dikarboksilik asitler ve doymamış alifatik asitlerin polikondenzasyonu ile elde edilir. Bu oligomerlerin sentezi için genellikle dihidrik alkoller (glikoller) kullanılır. Oligoester akrilatlar, moleküler ağırlığı 300-5000 olan sıvı veya düşük erime noktalı maddelerdir. Radikal polimerizasyon başlatıcıların mevcudiyetinde polimerize olarak, ilk oligomerin kimyasal yapısına bağlı olarak katı camsı veya elastik malzemeler olan üç boyutlu yapıya sahip demlenebilen ve çözünmeyen polimerlere dönüşürler. Oligoester akrilatlar, çeşitli monomerlerle (stiren, metil metakrilat, vb.) ve ayrıca polyester maleinatlarla kopolimerizasyon yeteneğine sahiptir.

Oligo eter akrilatların, oligo eter maleinatlara göre kesin bir avantajı vardır: bunlar, yüksek derecede uçucu ve toksik doymamış monomerler kullanılmadan verniklerin ve bunlara dayalı diğer bileşimlerin hazırlanmasını mümkün kılan homopolimerizasyon yeteneğine sahiptirler.

Teknikte, oligoester akrilatlar, radikal polimerizasyon veya kopolimerizasyon ile sertleştirilir; kürleme sırasında hacimsel büzülme %4-10'dur.

50-120 °C'de kürlenme (sıcak kürleme) benzoil, dikumil vb. peroksitler tarafından başlatılır. Oda sıcaklığında kürleme (soğuk kürleme) için ikili sistemler kullanılır (örneğin benzoil peroksit + dimetilanilin; kümen hidroperoksit + naftenat). veya kobalt linoleat).

Oligoester akrilatların kürlenmesi ayrıca ışık, yüksek enerjili radyasyon (y-ışınları, hızlı elektronlar) ve iyonik polimerizasyon katalizörleri ile başlatılabilir.

Epoksi akrilat oligomerleri, bir tür oligoester akrilat olarak düşünülebilir. Terminal epoksi grupları içeren oligomerlerin metakrilik veya akrilik asitlerle etkileşimi ile elde edilir.

Alil alkol ester ön polimerleri, alil alkol esterlerinin ve ftalik veya izoftalik asitlerin polimerizasyonuyla hazırlanır. Daha az kullanılan dialil maleinat, dietilen glikol bis-allil karbonat veya trialil siyanürat.

Polimerizasyon, bir prepolimerin metanol ile çökeltilmesiyle bir monomer ortamında veya bir vakumda belirli bir reaksiyon aşamasında fazlalığının damıtılmasıyla ince bir monomer tabakasında gerçekleştirilir.

Reaksiyon, jelleşmenin başlamasından önce durdurulur, yani E. monomerdeki tüm çift bağların %25'inin dönüştürülmesinden önce. Molekül ağırlığı 6000, yumuşama sıcaklığı ~ 60 °C

Prepolimerler, normal koşullar altında uzun bir raf ömrüne sahiptir. ve dikumil peroksit veya tert-bütil perbenzoat mevcudiyetinde 135-160 °C'de yüksek kürlenme oranı. Prepolimerler, daha düşük viskoziteye sahip prepreglerin ve premikslerin üretiminde ve düşük basınçta dolgu formlarında kullanılır.

Polyester reçineler, tekneler, yapı panelleri, otomobil ve uçak parçaları, oltalar ve golf kulüpleri dahil olmak üzere çok çeşitli ürünlerde kullanılmaktadır. ABD'de üretilen polyester reçinelerin yaklaşık %80'i, başta cam elyafı olmak üzere takviye dolgu maddeleri ile birlikte kullanılmaktadır.

Düğme, mobilya, suni mermer ve gövde macunu imalatında takviyesiz polyester reçineler kullanılmaktadır.

Tek bir bileşenden oluşan diğer çoğu plastikten farklı olarak, polyester reçineler genellikle birden fazla bileşen (reçine, başlatıcı, dolgu maddesi ve etkinleştirici) içerir. Bileşenlerin kimyasal yapısı ve oranı değiştirilebilir, bu da çok sayıda farklı tipte polyester reçinesi elde etmeyi mümkün kılar.

Maleik anhidrit, çok sayıda doymamış polyester reçinesi için reaktif çift bağ kaynağı olarak kullanılır. Glikollerle etkileşime girdiğinde (genellikle propilen glikol kullanılır), moleküler ağırlığı 1000 ... 3000 olan lineer polyester zincirleri oluşur.Etilen glikolün propilen glikol maliyetine kıyasla daha düşük maliyetine rağmen, birincisi sadece birkaç özel reçine elde edin. Bunun nedeni, etilen glikol bazlı polyesterlerin stiren ile zayıf uyumluluğudur. Esterleştirme sürecinde, maleik anhidridin cis konfigürasyonu fumarik trans-yapıya dönüşür. Bunun, stiren ile reaksiyonda fumarik yarımın çift bağlarının daha büyük reaktivitesi ile bağlantılı olarak faydalı olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, trans yapıya yüksek derecede izomerizasyon, reaktif polyester reçinelerinin hazırlanmasında önemli bir faktördür. Maleik anhidritin %90'dan fazlasına ulaşan yüksek derecede izomerizasyonuna rağmen, artan reaktiviteye sahip polyester reçineleri elde etmek için daha pahalı fumarik asit kullanılır.

Adipik ve izoftalik asitler veya ftalik anhidrit gibi diğer çift eksenli asitler veya anhidritler, reçinenin nihai özelliklerini değiştirmek ve çift bağların sayısını kontrol etmek için genellikle baz reaktifine eklenir.

Bir polyester reçinesinin tipik bir yapısı aşağıda gösterilmiştir (burada R, bir değiştirici diasit veya anhidritin bir alkil veya aril grubudur):

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 Çeşitli özelliklerinden dolayı ve düşük maliyetli polyester reçineleri, çeşitli ürünler için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Doymamış polyester reçine türleri Polyester reçinelerin çok çeşitli özellikleri, onları çeşitli uygulamalarda kullanıma uygun hale getirir. Aşağıda yedi spesifik doymamış polyester reçinesinin kısa özellikleri verilmiştir.

- & nbsp– & nbsp–

Bu tip polyester reçinesi, propilen glikolün ftalik ve maleik anhidritlerin bir karışımı ile esterleştirilmesiyle hazırlanır. Ftalik ve maleik anhidritlerin oranı 2: 1 ila 1: 2 arasında değişebilir. Elde edilen polyester alkid reçinesi stiren ile 2: 1 oranında karıştırılır. Bu tip reçinelerin geniş bir uygulama alanı vardır: paletler, tekneler, duş parçaları, raflar, yüzme havuzları ve su depoları yapmak için kullanılırlar.

2. Elastik polyester reçine

Ftalik anhidrit yerine lineer dibazik asitler (örneğin adipik veya sebasik) kullanılırsa, çok daha elastik ve daha yumuşak bir doymamış polyester reçinesi oluşur. Propilen glikol yerine kullanılan dietilen veya dipropilen glikoller de reçinelere elastikiyetlerini verir.

Bu tür polyester reçinelerin sert genel amaçlı reçinelere eklenmesi kırılganlığı azaltır ve işlemeyi kolaylaştırır. Elastik reçineler ayrıca, ftalik anhidritin bir kısmının, polimer zincirlerinin uçlarında esnek gruplar oluşturan uzun yağ monobazik asitleri ile değiştirilmesiyle de elde edilebilir. Bu reçineler genellikle mobilya endüstrisinde ve resim çerçevelerinin imalatında dekoratif kalıplama için kullanılır. Bunu yapmak için, selüloz dolgu maddeleri (örneğin, ezilmiş fındık kabukları) elastik reçinelere eklenir ve silikon kauçuk kalıplara kalıplanır. Doğrudan orijinal oymadan dökülen silikon kauçuk kalıplar kullanılarak ahşap oymalarının mükemmel şekilde çoğaltılması sağlanabilir.

3. Esnek Polyester Reçineler Bu tip polyester reçineler, sert genel amaçlı reçineler ile elastik reçineler arasında bir ara maddedir. Top oynamak, baret, eskrim, araba ve uçak parçaları gibi darbeye dayanıklı ürünler yapmak için kullanılırlar. Bu tür reçineleri elde etmek için ftalik anhidrit yerine izoftalik asit kullanılır. İlk olarak, izoftalik asit ile glikol reaksiyona sokularak, düşük asit sayılı bir polyester reçinesi elde edilir. Daha sonra maleik anhidrit eklenir ve esterleştirmeye devam edilir. Sonuç olarak, polyester zincirleri, moleküllerin uçlarında veya bir glikol-izoftalik polimerden oluşan bloklar arasında baskın bir doymamış fragman düzenlemesi ile elde edilir. Bu tip esterleştirmede ftalik anhidrit, izoftalik asitten çok daha az etkilidir, çünkü ortaya çıkan ftalik asit monoester, yüksek moleküler ağırlıklı polyester reçineleri elde etmek için kullanılan yüksek sıcaklıklarda anhidrite dönüşme eğilimi gösterir.

4. Düşük büzülme polyester reçineleri

Fiberglas takviyeli polyester kalıplandığında, reçine ve fiberglas arasındaki büzülme farkı, eşyanın yüzeyinde çukurlara neden olur. Düşük çekmeli polyester reçinelerin kullanılması bu etkiyi hafifletir ve bu şekilde elde edilen döküm ürünler, otomobil ve ev aletleri için parça imalatında bir avantaj olan boyama öncesi ilave zımparalama gerektirmez.

Düşük büzülme polyester reçineleri, orijinal bileşimde yalnızca kısmen çözünen termoplastik bileşenleri (polistiren veya polimetil metakrilat) içerir. Kürleme sırasında, sistemin faz durumundaki bir değişiklikle birlikte, polimer reçinesinin olağan büzülmesini telafi eden mikro boşluklar oluşur.

5. Polyester reçine, hava koşullarına dayanıklı

Bu tip polyester reçineler, bileşimine ultraviyole (UV) radyasyon emicilerin dahil edildiği güneş ışığına maruz kaldıklarında sararmamalıdır. Stiren, metil metakrilat ile değiştirilebilir, ancak yalnızca kısmen, çünkü metil metakrilat, polyester reçinesinin bir parçası olan fumarik asidin çift bağları ile zayıf şekilde etkileşir. Bu tip reçineler, kaplamaların, dış panellerin ve çatı pencerelerinin imalatında kullanılır.

6. Kimyasal olarak dirençli polyester reçineleri Ester grupları alkaliler tarafından kolaylıkla hidrolize edilir, bunun sonucunda polyester reçinelerinin alkalilere karşı kararsızlığı temel dezavantajlarıdır.

Başlangıç ​​glikolünün karbon iskeletindeki bir artış, reçinedeki eter bağlarının oranında bir azalmaya yol açar. Bu nedenle, "bisglikol" (bisfenol A'nın propilen oksit ile etkileşiminin ürünü) veya hidrojene bisfenol A içeren reçineler, karşılık gelen genel amaçlı reçineden önemli ölçüde daha az ester bağına sahiptir. Bu tür reçineler, kimyasal ekipman parçalarının üretiminde kullanılır: egzoz davlumbazları veya dolapları, kimyasal reaktör kapları ve tankları ve ayrıca boru hatları.

7. Alev geciktirici polyester reçineler

Cam elyaf takviyeli polyester reçine kalıplar ve laminatlar yanıcıdır, ancak nispeten düşük yanma hızına sahiptir. Reçinenin tutuşma ve yanmaya karşı direncinde bir artış, ftalik anhidrit yerine tetrafloroftalik, tetrabromoftalik ve "klorendik" (heksaklorosiklopentadienin maleik anhidrite katılma ürünü, ayrıca chaet asit olarak da bilinir) gibi halojenli diasitlerin kullanılmasıyla sağlanır. Dibromneopentil glikol de kullanılabilir.

Ateşe dayanıklılıkta daha fazla artış, fosforik asit esterleri ve antimon oksit gibi reçineye çeşitli yanma inhibitörlerinin eklenmesiyle elde edilir. Alev geciktirici polyester reçineler davlumbazlarda, elektrikli parçalarda, bina panellerinde ve bazı deniz gemileri için gövdelerde kullanılır.

Açıklanan yedi tip doymamış polyester reçinesi, endüstride en yaygın olarak kullanılanlardır. Ancak özel amaçlı reçineler de vardır. Örneğin, stiren yerine trialil izosiyanürat kullanımı reçinelerin ısı direncini önemli ölçüde iyileştirir. Stireni daha az uçucu dialil ftalat veya vinil toluen ile değiştirerek, polyester reçine işleme sırasında monomer kayıpları azaltılabilir. İçine benzoin veya eterleri gibi ışığa duyarlı maddelerin dahil edildiği UV radyasyonu kullanılarak kürlenerek özel reçineler elde edilebilir.

Doymamış polyester reçinelerinin üretimi Tipik olarak, doymamış polyester reçineleri üretmek için kesikli işlemler kullanılır. Bu, çeşitli reçineleri üretmek için gerekli olan çeşitli hammaddelerden kaynaklanmaktadır, çünkü işlemin periyodikliği, diğer reçinelerin üretimine hızlı ve kolay bir geçişe izin vermektedir. Sürekli prosesler, genel amaçlı reçinelerin büyük ölçekli üretimi için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ekipman imalatı için tercih edilen yapı malzemesi, polyester reçinelerinin imalatında kullanılan polimer reçinelere ve diğer reaktiflere karşı kimyasal direncinden dolayı korozyona dayanıklı çeliktir.

Demir ve bakır iyonları, polyester reçinelerinin serbest radikal polimerizasyonunu engellediğinden, bu malzemeler reaktör yapımında kullanılmaz. Hammadde olarak halojen içeren malzemeler kullanıldığında cam astarlı reaktörler tercih edilir.

Tipik olarak, glikol reaktöre yüklenir ve ardından ftalik ve maleik anhidritler eklenir. Tipik olarak, buharlaşma ve yan reaksiyonlardan kaynaklanan kayıpları telafi etmek için %5-10 fazla glikol kullanılır. Karıştırma ve ısıtmadan önce reaktördeki havanın yerini bir soy gaz alır. Reaksiyonun ilk aşaması - "yarım ester" oluşumu - nispeten düşük bir sıcaklıkta kendiliğinden meydana gelir, ardından reaksiyon kütlesi ester oluşumunu tamamlamak için ısıtılır. İnert gazın reaktör içinden akış hızı, yoğunlaşma reaksiyonundan suyu damıtmak için arttırılabilir. Reaktöre geri dönen glikolden suyu daha tamamen çıkarmak için genellikle buharla ısıtılan bir ısı eşanjörü kullanılır.

Esterleştirmenin son aşaması sırasında, reaksiyon karışımının sıcaklığı 190 - 220 ° C'ye yükselir. Daha yüksek bir sıcaklık, maleatların fumaratlara izomerizasyonunu kolaylaştırır, ancak aynı zamanda çift bağlarda yan reaksiyonlara neden olur. Fümarat oranının maksimuma ulaştığı bir optimum sıcaklık vardır. Genel amaçlı reçineler için bu 210 °C'de gerçekleşir.

Esterleşme derecesini kontrol etmek için reaksiyon kütlesinin asitliği ve viskozitesi belirlenir ve gerekli değerlere ulaşıldığında polyester son reaktöre pompalanır.

Bu reaktör zaten gerekli miktarda stiren içerir ve geldiğinde polyester alkid reçinesi içinde çözülür. Sıcak alkid reçinesinin stiren ile teması üzerine meydana gelebilecek herhangi bir polimerizasyon sürecini hariç tutmak için, bu aşamada reaksiyon kütlesine ilave olarak bir inhibitör eklenebilir. Bazen gerekli sıcaklığı korumak için reaksiyon kütlesinin soğutulması gerekir. İşlem tamamlandıktan sonra reaksiyon karışımının özelliklerinin teknik şartlara uygunluğu kontrol edilir. Tam bir üretim döngüsü 10 - 20 saat sürer.Polyester reçinelerinin üretimi için açıklanan yöntem genellikle bir eritme işlemi olarak uygulanır. Reaktif eriyiği, dönüşüm gerekli seviyeye ulaşana kadar ısıtılır. Başka bir yöntem, esterleştirme sırasında açığa çıkan suyu bir azeotropik karışım halinde çıkarmak için az miktarda bir çözücü (toluen veya ksilen) kullanır.

Çözücü, toplam reaksiyon kütlesinin %8'inden fazla değildir; süzülerek sudan ayrılır ve reaktöre geri döndürülür. Esterleştirme işleminin sona ermesinden sonra, kalan çözücü reaksiyon karışımından önce atmosferik basınçta damıtılır ve daha sonra vakum altında tamamen uzaklaştırılır. Esterleştirme sırasında bazı yan reaksiyonlar meydana gelebilir. Örneğin, glikolün hidroksil grubunun maleik veya fumar yarımının çift bağına bağlanması, dallı bir polimer oluşturmak için meydana gelebilir. Doymamış polimerin çift bağlarının yaklaşık %10 - 15'inin yan reaksiyonlar için tüketildiği bulunmuştur.

Doymamış polyester reçinelerinin üretimi için en basit sürekli işlem, maleik ve ftalik anhidritlerin bir karışımının propilen oksit ile reaksiyonudur.

Bu zincirleme reaksiyonu başlatmak için az miktarda glikol gerekir. Anhidritlerin epoksi gruplarıyla etkileşiminin reaksiyonu nispeten düşük sıcaklıklarda gerçekleştiğinden, maleatın çift bağları daha aktif trans konfigürasyonuna izomerize edilmez. Stiren ile daha fazla etkileşim için gerekli olan bu izomerizasyonun gerçekleşmesi için, elde edilen polimerin ilave ısıtmaya tabi tutulması gerekir.

Anhidritlerden ve glikollerden polyester reçinenin sürekli üretimi, reçineyi farklı sıcaklık koşullarına sahip reaktörlerden sırayla pompalayarak bir dizi ısıtılmış karıştırmalı tank reaktöründe de gerçekleştirilebilir.

Doymamış polyester reçinelerin kürlenmesi Doymamış polyester reçineler, serbest radikal kaynağı olarak hizmet eden ve polimerizasyon zincir reaksiyonunu başlatan başlatıcıların eklenmesiyle kürlenir.

Serbest radikaller, peroksitlerden veya azo bileşikleri gibi diğer kararsız bileşiklerden oluşabilir. Bu bileşikler, ısıtıldığında veya ultraviyole veya diğer yüksek enerjili radyasyona maruz kaldığında radikal parçalara ayrılabilir. Tipik olarak, polyester reçinesi, esasen bir serbest radikal süpürücü olan bir inhibitör içerir. Başlatıcıların eklenmesiyle polimerizasyon reaksiyonu, ancak inhibitörlerin etkisinin üstesinden gelindikten sonra başlar. Bu indüksiyon periyodu, başlatıcı içeren reçineyi takviye ajanı ile mekanik olarak karıştırmayı ve polimerizasyon reaksiyonunun başlamasından önce kürleme için gerekli kalıba yerleştirmeyi mümkün kılar. Hidrokinon ve türevleri ve kuaterner amonyum halojenürler iyi polimerizasyon inhibitörleridir.

Peroksit başlatıcıların çoğu, polimer kütlesine eklendiğinde nispeten yavaş ayrışır. Aktivatörler (destekleyiciler) bozunma oranlarını artırmak için kullanılır. Aslında, aktivatörler, başlatıcılar için katalizörlerdir.

Hem başlatıcı hem de etkinleştirici, şiddetli etkileşime tutuşma ve hatta patlama eşlik eden reaktif bileşiklerdir. Bu bileşikler reçineye ayrı ayrı eklenmeli, ikincisini eklemeden önce birincinin tamamen çözündüğünden emin olunmalıdır. Birçok reçine önceden eklenmiş bir aktivatör içerir.

Polyester reçinenin kürleme davranışı, inhibitör, başlatıcı ve aktivatörün etkilerinin oranı ile belirlenir.

Etilen karbon atomundaki ikame ediciler, çift bağın reaktivitesi üzerinde iki etkiye sahip olabilir. Uzaysal etki, hacimli grupların çift bağı taraması ve ikinci reaktif grubun saldırı için uygun bir pozisyon alma kabiliyetini azaltması ve böylece tüm bileşiğin reaktivitesini azaltması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Polarite, bir ikame grubunun elektronları çekme veya verme yeteneği ile belirlenir. Elektron veren gruplar (örneğin metil, fenil ve halojen), çift bağı elektronegatif hale getirir. Bu tam olarak stiren, viniltoluen ve klorlu stirende ortaya çıkan etkileridir.

Elektron çeken gruplar (vinil veya karbonil gibi) çift bağı elektropozitif yapar. Bu, polyester reçine zincirlerindeki fumarik asit fragmanlarında meydana gelir. Stiren ve alkid reçinesinin fumarik parçalarındaki çift bağın zıt polaritesi, bunların etkileşimini ve polyester reçinelerinin sertleşmesini destekler. Doymamış polyesterin uzun polimer zincirlerinden daha hareketli olan monomerik stiren homopolimerleşebilir. Stiren ve polyester çift bağlarının molar oranının 2: 1 olduğu deneysel olarak belirlenmiştir.

Başlatıcılar ve aktivatörler

Polyester reçinelerin imalatında kullanım için çok çeşitli başlatıcı-inhibitör-aktivatör sistemleri mevcuttur. Örneğin, hidrokinon tarafından inhibe edilen genel amaçlı bir reçine, metil etil keton peroksit gibi bir aktif peroksit başlatıcısı, naftenat veya kobalt oktoat gibi bir etkinleştirici ile kombinasyon halinde kullanıldığında çok hızlı bir şekilde sertleşebilir. Başka bir durumda, polyester reçinesini sertleştirmek için çok daha kararlı bir başlatıcı olan tert-butil perbenzoat eklenir. Bu, polyester bileşiminin kalsiyum karbonat ve öğütülmüş cam elyaflarla doldurulmasına izin verir. Böyle bir başlatıcı içeren ve kalıplanmış bileşik, oda sıcaklığında aylarca stabildir, ancak 140 ila 160 ° C'de sıcak presleme ile bir dakika içinde kürlenebilir.

Uygun bir başlatıcının seçimi ve miktarı reçinenin tipine ve sertleşme sıcaklığına, tüm proses için gerekli süreye ve jelleşme süresine bağlıdır. Mevcut başlatıcıların hiçbiri genellikle gerekli tüm gereksinimleri tek başına karşılamadığından, en iyi sonuçları elde etmek için çeşitli başlatıcı ve başlatıcılarla etkinleştirici kombinasyonları kullanılır.

Polyester reçineleri termal olarak kürlerken, en yaygın olarak kullanılan başlatıcı, son derece etkili ve kullanımı kolay olan benzoil peroksittir (BP). Stiren içinde kolayca çözünür, aktivite kaybı olmadan uzun süre saklanabilir, oda sıcaklığında stabildir ve yüksek sıcaklıklarda kolayca ayrışır. Ek olarak, BP reçinenin tamamen sertleşmesini destekleyen yüksek bir ekzotermik sıcaklık zirvesine neden olur. Reçineye eklenen BP miktarı, reçinenin tipine ve kullanılan monomere bağlı olarak %0,5 ila %2 arasında değişir. BP'yi macun şeklinde kullanırken (genellikle %50 trikresil fosfat ile karıştırılır), verilen başlatıcının miktarı biraz artar (~ %1 - 3).

Bazen, polimerizasyon sırasında açığa çıkan ısının dağılması için reçinenin baştan sona düşük sıcaklıklarda kürlenmesi istenir (veya hatta gereklidir). Bu, özellikle ısıtmanın zor olduğu ıslak şekillendirici laminatlarda önemlidir. Bu gibi durumlarda, başlatıcı olarak genellikle metil etil keton peroksit (MEK) kullanılır. PMEC kullanımı reçineyi oda sıcaklığında tamamen iyileştirmese de, bir aktivatörün (örn. kobalt naftenat) eklenmesi, reçinenin kısa bir süre içinde jelleşmesine ve neredeyse tamamen sertleşmesine yol açar.

KONU 3. KOMPLEKS DİESTERLERE BAĞLI REÇİNELER

VİNİL KARBONİK ASİTLER

Vinil karboksilik asitlerin (DVA) kompleks diesterlerine dayanan reçineler, ana zinciri terminal hidroksil gruplarında kalıntı, R, akrilik (I: R = H) veya metakrilik (II: R = CH3) tarafından esterleştirilen termoset polimerlerdir. ) asit: -OC-C - R = CH2. Bu reçinelerin ana makromolekül zinciri, epoksi, polyester, poliüretan veya diğer segmentlerden oluşur ve epoksi reçineleri temelinde pratik olarak değerli malzemeler elde edilir.

1950'lerin sonlarından beri çeşitli DCA'lar laboratuvar ortamında üretilmiş olsa da, bu reçinelerin ticari üretimi ancak 1965 yılında Shell Chemical tarafından "epocrylic reçineler" markası altında kurulmuştur. Bu reçineler, epoksi metakrilatlar olarak tanımlandı ve (o zamanlar) en iyi polyester reçinelerinden üstün, mükemmel kimyasal dirence sahipti.

1966'da Dau Chemical, vinil karboksilik asitlerin bir diester'i olan Derakan reçinesini ve kaplamalar için tasarlanmış bir dizi benzer reçineyi piyasaya sürdü. 1977'de "Interplastic" ve "Reichhold Chemical" firmaları "Koretsin" ve "Corrolit" isimleri altında DVK üretimine başladı.

sırasıyla.

reçine özellikleri

Reçineler ya saf (yani seyreltici olmadan) ya da diğer bileşenlerle karıştırılarak kullanılabilir. İkinci durumda reçine, bir reaktif vinil içeren komonomer (stiren, vinil toluen, tri-metilolpropan triakrilat) veya reaktif olmayan bir "seyreltici" (metil etil keton, toluen) içerebilir. Tipik olarak metakrilik asit ester reçineleri stiren içerir ve kimyasal olarak dirençli cam elyaf takviyeli plastiklerin (GRP) üretiminde kullanılır. Akrilik asidin reçineleri - türevleri - seyreltilmeden sağlanır ve ilgili yardımcı reaktifler doğrudan UV ile kürlenebilen kaplamaların ve baskı mürekkeplerinin hazırlanmasına eklenir.

DCA'nın fiziksel özellikleri ve uygulamaları, uç gruplarının tipine (metakrilik veya akrilik), ortak ajanların miktarına ve tipine ve ayrıca reçine makromoleküllerinin ana zincirini oluşturan blokların doğasına ve moleküler ağırlığına bağlıdır. Kürlenme sonucunda stiren içeren DVKM-II asitlere, bazlara ve solventlere karşı yüksek direnç kazanır. Akrilik asit türevleri hidrolize karşı metakrilik asit türevlerinden daha hassastır ve bu nedenle genellikle kimyasal olarak dirençli malzemelerin imalatında kullanılmazlar. Yüksek reaktivitelerinden dolayı bu reçineler tercihen radyasyonla kürlenir.

Seyreltilmemiş DCA katı veya mumsu maddelerdir. Bu nedenle, işleme için gereken viskoziteyi sağlamak ve bunların reaktivitesini arttırmak için bileşime hem reaktif hem de inert seyrelticiler eklenir.

DVA makromoleküllerinin ana kısmı, çeşitli moleküler ağırlıklarda epoksi oligomerik bloklardan oluşur. Bu tür blokların moleküler ağırlığı ne kadar yüksek olursa, reçinenin mukavemeti ve esnekliği o kadar yüksek olur, ancak ısı direnci ve çözücülere karşı direnci o kadar düşük olur.

Karmaşık polyesterlerle karşılaştırıldığında, DVK'ler daha düşük ester grupları ve vinil parçaları içeriği ile karakterize edilir. Bu, bu reçinelerin hidrolize karşı direncinde bir artışa ve ayrıca tepe ekzoterminin sıcaklığında bir azalmaya yol açar. Kürlenme sırasında reçine büzülmesi azalır. Polyesterler gibi, DVA'nın da reçine üretim süreci sırasında polimerizasyon inhibitörlerinin (serbest radikal tuzakları) eklenmesiyle sağlanan sınırlı bir raf ömrü vardır.

reçine üretimi

DCA, metakrilik veya akrilik asitlerin bir oligomerik epoksi reçine ile etkileşimi ile elde edilir. Bir epoksite asit eklenmesi (esterleştirme) ekzotermiktir. Bu reaksiyonun bir sonucu olarak, oligomerik blok üzerinde serbest hidroksil grupları oluşur, ancak yan ürünlerin oluşumu meydana gelmez (örneğin, su oluştuğunda polyesterleşmede olduğu gibi). Reaksiyonun tamamlanmasından sonra veya seyri sırasında reaksiyon karışımına uygun seyrelticiler veya polimerizasyon inhibitörleri eklenir.

DVA üretimi için kullanılan epoksi reçineler, bisfenol A'ya (bu durumda genel amaçlı ve ısıya dayanıklı DVA elde edilir), fenol-novolak parçalarına (ısıya dayanıklı DVK) ve ayrıca dayanabilir. bisfenol A'nın bir tetrabromin türevi üzerinde (ateşe dayanıklı DVK). Uçlarında akrilik grupları olan DCA hazırlanırken ana zincirin polimeri olarak genellikle bisfenol A bazlı oligomerik epoksi bloklar kullanılır.

kürleme

DVK, doymamış polyester reçineleri gibi, kürlendiğinde moleküller arası çapraz bağlar oluşturmak üzere reaksiyona giren çift bağlar içerir. Bu süreç, kimyasal, termal veya radyasyon dönüşümleri sonucu oluşan serbest radikallerin varlığında gerçekleşir. Serbest radikal kürleme süreci, başlama (başlangıç ​​dönemi), büyüme ve zincir sonlandırma aşamalarını içerir. Başlatma, başlatıcının polimerizasyon inhibitörlerinin etkisini bastırdığı işlemin hız sınırlayıcı aşamasıdır. Bu, makromoleküllerin bir parçası olan vinil eterin ve onun ortak ajanının çift bağları boyunca reaksiyonun meydana gelmesine yol açar.

Kalıplama Toplu kalıplama veya plastik levhalar için DVK bazlı yarı mamul ürünler (prepregler), borular, ev aletleri, çarklar, pompalar ve araba parçaları için bağlantı parçalarının doğrudan preslenmesi için kullanılır. Tipik olarak, bu prepregler yaklaşık olarak eşit ağırlık yüzdelerinde reçine, ezilmiş cam elyafı ve dolgu maddesi içerir. Bunlar ayrıca şunları içerir: "gizli" başlatıcı, pigmentler, ayırıcı ajan ve koyulaştırıcılar.

KONU 4. POLİBÜTADİEN REÇİNELERİ

Polibütadien reçineleri, yüksek moleküler ağırlıklı, hidrokarbon termoset reçinelerdir. Mükemmel elektriksel özelliklere, önemli kimyasal dirence, oldukça yüksek termal stabiliteye, düşük nem absorpsiyonuna sahiptirler ve peroksit başlatıcıların varlığında kolayca kürlenirler. Laminatlar ve prepregler için doğrudan ve enjeksiyonlu kalıplama, enjeksiyonlu kalıplama, ıslak serilmiş kalıptan kalıba işleme için kullanılabilirler. Birçok polibütadien türevinin bulunması nedeniyle, bu polimerlerin kapsamı geniştir: kaplama, yapıştırıcı ve elektrik yalıtkan saksı bileşiklerinin imalatı için diğer reçinelerin değiştiricileri olarak kullanılırlar.

Polibütadien reçineleri 1955 civarında yapıldı ve Injey laboratuvarlarında Bud tipi bileşiklerde kullanıldı. Bu bileşiklerde kullanılan reçine, büyük miktarda sıvı 1,2-polibütadien, bazı stiren bütadien kopolimerleri ve iki reçinenin katkı maddelerinden oluşuyordu. O zamandan beri, benzer ürünler Richardson ve Lithium tarafından üretildi. 1968 yılında, Gistil markası altında, makromoleküllerin uçlarında yüksek oranda çift bağ ve az miktarda izosiyanat grubu içeren polibütadien üretmeye başladılar. İçine belirli bir miktarda peroksit başlatıcı eklendi.

Şimdi bu reçine, "Nisso-RV" ticari adı altında "Dianachem" ve "Nippon Souda" firmaları tarafından üretilmektedir. Bu reçine, çift bağların yaklaşık %90'ı yan zincirlerde (vinil grupları) bulunan 1000-4000 moleküler ağırlığa sahip sıvı ataktik bir polibütadiendir.

Bu reçinenin üç türü vardır:

B tipi, terminal fonksiyonel grupları içermez; G tipi, makromoleküllerin her iki ucunda hidroksil grupları ve C tipi karboksil grupları içerir. Diğer polibütadien reçineleri artık Colorado Chemicals tarafından Rickon adı altında pazarlanmaktadır. Dienit reçineleri, 1,2- ve 1,4-polibüta-denenlerin (Dienite PD-702, PD-503) bir karışımı veya vinil toluen (PM-520, PM-503) gibi monomer-ortak reaktiflerle karışımlardır veya stiren bütadien oligomeri (PDPD-753).

Polibütadien reçinelerinin ticari türleri genellikle düşük molekül ağırlıklı 1,2- ve 1,4-polibütadienlerin bir karışımıdır. Bu izomerler, polimerizasyonda yer alan reaksiyon merkezinin pozisyonunda farklılık gösterir. Çift bağların yan zincirlerde yer aldığı 1,2-polibütadien, çift bağların ana zincirde olduğu 1,4-polimerlere göre daha reaktiftir. Bu nedenle, 1,2-polibütadien içeriği yüksek reçineler daha hızlı ve daha kolay kürleşir ve önemli oranda 1,4-polimer içeren reçineler genellikle oldukça elastik malzemeler elde etmek için kullanılır.

1,2-polibütadien (PBB) reçinesinin kompozit malzemelere daha uygun şekilde işlenebilmesi için yüksek moleküler ağırlıklı ve dar moleküler ağırlık (MW) dağılımıyla elde edilmesi gerekir. Çeşitli kimyasal dönüşümler sırasında reçinenin reaktivitesini arttırmak için, makromoleküllerine terminal fonksiyonel gruplar (örneğin, hidroksil, karboksil veya izosiyanat) eklenir ve polibütadien ve stiren ve vinil toluen gibi reaktif monomerler içeren karışımlar hazırlanır. Terminal hidroksil grupları, poliüretanlarla ve karboksil gruplarıyla epoksi gruplarıyla reaksiyonlara izin verir. İzosiyanat uç grupları içeren PBB'ler, öncelikle elektriksel olarak yalıtkan çömlekçilik bileşiklerinin hazırlanması için kullanılır.

Yüksek vinil grubu içeriği (% 85'in üzerinde) ile polibütadien reçineleri, peroksit başlatıcıların varlığında kolayca kürlenir. Reaktif terminal fonksiyonel grupları, reçinenin moleküler ağırlığının kürlenmeden önce bile artmasına izin verir. MW'deki bir artış, çapraz bağlanmadan önce reçinenin akışkanlığında bir azalmaya yol açar, bu da jelatinleşmeye ve sert polimer yapılarının ortaya çıkmasına neden olur.

Sonuç olarak, reçinenin reaktörde işlenmesi için daha uygun bir teknolojik süre de elde edilir. Zincirin büyüme aşaması, çeşitli özelliklere sahip polimerler elde etmek için (zaman içinde) kontrol edilebilir: yüksek viskoziteli sıvılardan yüksek MW'li katılara. Zincir büyütme yeteneği, pres bileşimlerinin, kaplamaların, yapıştırıcıların, elektrik yalıtımlı saksı bileşimlerinin ve ısıyla sertleşen laminatların hazırlanmasında polibütadien reçinelerinin yaygın kullanımının temelidir. Aşağıda listelenen polibütadien türevleri, hem diğer reçineler için değiştiriciler olarak hem de özel lamine plastiklerin üretiminde kullanılabilir.

- & nbsp– & nbsp–

Reçine Kürleme Polibütadien reçinelerin kürleme prosesinin, peroksit başlatıcılar kullanılarak iyi bilinen polyester polimerlerin kürlenmesine benzerliği, onları kompozit teknolojisi için son derece faydalı kılar.

Polimer kürleme üç aşamadan geçer: düşük sıcaklıkta jelleşme, yüksek sıcaklıkta kürleme ve termal siklizasyon. Düşük sıcaklıklarda reçinenin moleküler ağırlığında ve viskozitesinde bir artış meydana gelir.

Bu, jelleşmeye ve sertleşmenin başlamasına neden olabilir. Yüksek sıcaklıkta sertleşme, vinil gruplarının çift bağlarındaki reaksiyonların yaygınlığı ile 121 ° C'de başlar. Sürecin bu aşamasında katı ürünler oluşur. Termal siklizasyon, ~ 232 ° C'lik bir sıcaklıkta başlar ve polimer substratın kalan doymamış parçaları, sıkıca çapraz bağlı bir ağ oluşumu ile reaksiyona girer.

Aşağıda tipik prepreg işleme verileri bulunmaktadır:

Şekillendirme sıcaklığı, ° С

Basınç, MPa

3,2 mm kalınlığında lamine plastik için 77 ° C'de kürleme döngüsü, min |

Kürleşmeden sonraki süre .................... Hayır Kimyasal yapı ve özellikler Polibütadien reçineleri mükemmel elektriksel özelliklere ve kimyasal dirence sahiptir. Yüksek hidrokarbon içeriği ve minimum aromatik içerik, düşük dielektrik sabitleri ve sönümleme faktörlerinin yanı sıra mükemmel kimyasal direnç ile sonuçlanır. Aromatik parçaların düşük içeriği, yüksek ark direncinin yanı sıra iletken izlerin oluşumuna karşı direnci açıklar.

Polietilenin davranışına benzer polibütadien reçinelerinin bu özellikleri, bu polimerlerin yüksek voltajlı piroliz sırasında karbon oluşumuna karşı direnci ile ilgilidir. Polyesterleri asitlere ve bazlara karşı savunmasız hale getiren ester bağlarının yokluğu, hidrofobikliği ve polibütadien reçinelerinin asitlere ve alkalilere karşı direncini açıklar.

PBB CM'lerin Uygulanması Mükemmel elektriksel özelliklerin kimyasal dirençle benzersiz kombinasyonu nedeniyle, PBB CM'ler, yerleşik radar antenleri için anten kaportalarının tasarımında başarıyla uygulanmıştır. K aralığını (10.9 - 36.0 GHz) aşan frekans bandında çalışmak için, dielektrik sabitinin (4.5 - 5.0) yüksek değerleri nedeniyle bu amacı yeterince karşılamayan güçlendirilmiş epoksi cam elyafı kullanıldı.

Aşağıdaki eşitlikte gösterildiği gibi, anten kaportası duvar kalınlığının dielektrik sabitinin ve çalışma dalga boyunun bir fonksiyonu olduğunu hesaba katarsak, bu durum netleşir:

n 0 D =, 2 (sin 2) 0,5 burada d anten anten kaportasının duvar kalınlığıdır; n, 0 bir tamsayıdır (ince bir duvar için n = 0; yarım dalga uzunluğuna eşit bir kalınlığa sahip bir duvar için n - 1); 0 - boş alanda dalga boyu; - dielektrik sabiti; - geliş açısı.

Radome duvar kalınlığının etkin dalga boyu ile doğru orantılı, ancak dielektrik sabiti ile ters orantılı olması gerektiğinden, aynı anda frekansı artıran ve yüksek dielektrik sabiti olan bir kompozit malzeme kullanan kombinasyon, daha uzun dalga boyları kullanıldığında duvar kalınlığı uyumsuzluğu sorunu yaratır. .

Açıkçası, dalga boyu aynı anda azalırsa ve malzemenin dielektrik sabiti artarsa, kaplama duvarlarının kalınlığını azaltmak mümkün hale gelir. Bununla birlikte, ince duvarların kullanımı, ince laminatların şiddetli yüzey erozyonu ile hızlandırılabilen bir darbe kırılması sorunu sunar.

Daha yüksek dielektrik özelliklere sahip malzemelerle ilgili diğer bir sorun, daha yüksek üretim maliyetlerine veya doğru bir "elektriksel" kalınlık sağlamak için ek malzemelerin kullanılmasına yol açan kaplamanın duvar kalınlığındaki sapmalar olasılığıdır. Antenleri uçaklarda ve gemilerde kullanırken, kaplamaların yapıldığı CM'ye ek gereksinimler uygulanır: geniş bir sıcaklık aralığında ve yüksek nem koşullarında kararlı özelliklere sahip olmalıdırlar. Yüksek çalışma frekansları ve zorlu çevre koşullarıyla ilişkili katı malzeme gereksinimlerinin geleneksel kompozitler kullanılarak karşılanması kolay değildir. Bununla birlikte, polibütadienlere dayalı malzemeler kullanıldığında bu gereksinimler daha tam olarak gerçekleştirilebilir.

Prepregler hazırlanırken reçinelerin kürlenmesi bir peroksit başlatıcı varlığında gerçekleştirilir. Bu CM'nin mükemmel işlenebilirliğine ve 177 ° C sıcaklıkta 2 saatte bir aşamada tamamlanan kürlenme kolaylığına rağmen, enine doğrultudaki düşük mekanik özellikler, yapısal bir malzeme olarak kullanımını sınırlar. Bu dezavantaj muhtemelen sadece kırılganlığa değil, aynı zamanda bağlayıcının karbon liflerine düşük yapışmasına da yol açan yüksek moleküller arası çapraz bağ yoğunluğu ile ilişkilidir.

Yapısal amaçlar için polibütadien lamine plastikler elde edilirken çeşitli takviye lifleri kullanılır: cam, kuvars ve aramid (Kevlar-49). %60 hacim oranına sahip Kevlar-49 fiber ile güçlendirilmiş kompozitler, radar antenleri için radar üretimi için uygundur. Malzemenin bazı mekanik özelliklerini, özellikle enine doğrultuda ve ara tabaka kesmede çekme mukavemetini iyileştirmek için, Kevlar-49 fiberinin yapışma özellikleri ve ıslanabilirliği iyileştirilmelidir.

Radar antenleri için radar üretimi için bu malzemeleri kullanırken ek bir gereklilik, düşük nem emilimidir.

Depolama Polibütadien reçineleri, heptan veya toluen gibi uçucu, yanıcı organik çözücülerin kullanımıyla bağlantılı geleneksel olanlara kıyasla herhangi bir özel saklama koşulu gerektirmez. 0, 20 veya 35°C'de 10 hafta saklandığında, çözeltinin viskozitesinde veya ayrılmasında gözle görülür bir değişiklik olmaz. Ancak çözeltinin jel oluşumuna eğiliminden dolayı 35 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda daha uzun süre saklanmasından kaçınılmalıdır.

EPOKSİ REÇİNELERİ Epoksi reçineler, aşağıdaki nedenlerden dolayı çok sayıda fiber kompozit için en iyi bağlayıcılardan biridir:

Çok çeşitli dolgu maddelerine, takviye bileşenlerine ve yüzeylere iyi yapışma;

Çeşitli teknoloji gereksinimlerini karşılayan, geniş bir özellik kombinasyonuna sahip malzemelerin kürlendikten sonra elde edilmesini sağlayan çeşitli mevcut epoksi reçineleri ve sertleştirici ajanlar;

Kimyasal işlem sırasında su veya herhangi bir uçucu maddenin olmaması ve kürleme sırasında küçük büzülme olayları;

Kimyasal direnç ve iyi elektriksel yalıtım özellikleri.

Epoksi bağlayıcıların ana bileşeni, uç bağlantılarında (epoksi reçineler) epoksi grupları olan oligomerik ürünlerin bir karışımıdır.

Şunlar tarafından alınırlar:

epiklorohidrinin diatomik (daha az sıklıkla, poliatomik) alkoller veya fenoller ile diglisidal oksiesterler oluşturmak için etkileşimi CH2-CH-CH2Cl + HO-R-OH CH2-CH-CH2-OR - (- O-CH2-CH (OH) -CH2 ) -0- RO O) -O-CH2-CH-CH2 \ / O veya CH2-CH-CH2Cl + H2N-C6H4-NH2 \ / O veya CH2-CH-CH2Cl + HO-C6H4-C (CH3) 2-C6H4 -OH bisfenol A \ / O En yaygın reçineler epiklorohidrin ve difenilolpropandan (bisfenol A) (ED tipi reçineler) veya epiklorohidrin ve metilolfenol polikondenzasyon ürünlerinden (EP, EN epoksifenolik reçineler) türetilir. Son zamanlarda, epiklorohidrin ve anilinden (EA reçinesi), diaminodifenilmetandan (EMDA) reçineler kullanılmıştır.

Uygulama Epoksi reçineler, çeşitli kompozit malzemelerin ve yapısal parçaların üretiminde kullanılmaktadır. Ayrıca kapsülleme ve sızdırmazlık bileşikleri, pres tozları ve yapıştırıcılar olarak da kullanılırlar.

Epoksi reçineler asitlere, alkalilere ve neme karşı çok dayanıklıdır, yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında deforme olmaz, düşük büzülme ve yüksek hacim direncine sahiptir. Epoksi reçineler sadece malzemeleri çevreden korumak için değil, aynı zamanda parçaları birbirine yapıştırmak için de kullanılabilir. Örneğin elektronik endüstrisinde epoksi reçineler, kaynaklı modüllerin kapsüllenmesi, transformatörlerin ve motorların sargılarının dökülmesi ve ayrıca elektrik kablosu bağlantılarının sızdırmazlığı için kullanılır.

İkinci Dünya Savaşı'ndan bu yana, epoksi reçineler takım yapmak için kullanılmıştır (örneğin, sac metal damgalama için kalıplar veya parça yapmak için desenler). Partikül veya fiber takviye edici dolgu maddeleri reçineye kolaylıkla dahil edilerek maliyeti düşürür ve boyutsal stabiliteyi arttırır. Metalleri epoksi reçinelerle değiştirme olasılığı iki faktöre bağlıdır: üretimde ekonomiklik ve hız (yüksek malzeme maliyetleri olmadan) modifikasyonu. Ek olarak, bu reçineler iyi şekil ve boyut muhafazasına, yüksek mekanik özelliklere ve düşük büzülmeye sahiptir, bu da onların yakın toleranslarla parçalar halinde üretilmelerini sağlar.

Kalıplama Epoksi kalıplama bileşikleri (ısıtıldığında akışkan hale gelen toz, kısmen kürlenmiş reçine ve sertleştirici karışımları) her türlü yapısal parçanın imalatında kullanılır. Dolgular ve takviyeler, bir kalıplama bileşiği oluşturmak için epoksi reçinelerine kolayca dahil edilir. Epoksi reçineler, düşük büzülme, dolgu maddelerine ve takviye maddelerine iyi yapışma, kimyasal kararlılık ve iyi reolojik özellikler sağlar.

Yapıştırma Epoksi reçineleri, bilinen tüm polimerik malzemelerin en yüksek yapışma gücüne sahiptir. Büzülmeyi en aza indirirken çeşitli alt tabakaları emprenye etmek için kullanılırlar. Bu nedenle, bu reçineler birbirine benzemeyen birçok malzemeyi birleştirmek için kullanılabilir. Ayrıca, endüstriyel yapıştırıcı üretimi için çok önemli olan farklı sıcaklıklarda ve farklı oranlarda kürlenebilirler.

CM'lerin Elyaf Sarılarak ve Laminat Olarak Üretilmesi Epoksi veya bağlayıcının en önemli kullanımlarından biri, yapısal parçaların imalatı için laminatların ve elyaf sargılı kompozitlerin üretimidir. Bu tür parçalar, uçak yapımı, uzay ve askeri teknoloji dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır. Laminatlar ayrıca elektronik endüstrisinde baskılı devre kartları yapmak için kullanılır. Kimya ve petrokimya endüstrisinde epoksi kompozitlerden yapılmış kaplar ve borular yaygın olarak kullanılmaktadır.

Epoksi reçineler çeşitli uygulamalarda kullanılabilir: ıslak sarım veya ıslak şekillendirici laminatlar, kuru sarım veya önceden emprenye edilmiş elyaf, kumaş veya bant (prepreg). Genel olarak, epoksi reçineleri diğer reçinelerin çoğundan daha pahalıdır, ancak mükemmel performansları genellikle onları uzun vadede daha karlı hale getirir.

Reçinelerin aminlerle kürlenmesi Epoksi oligomerlerin büyük çoğunluğu ya viskoz sıvılar ya da düşük erime noktalı katılardır ve ketonlar, eterler ve toluen içinde kolayca çözünürler.

Epoksi oligomerler için sertleştiriciler, etki mekanizmalarına göre iki büyük gruba ayrılır:

Çapraz bağlayıcı sertleştiriciler, epoksi oligomerin fonksiyonel gruplarıyla kimyasal olarak etkileşime giren fonksiyonel gruplar içerir;

Katalitik kürleme ajanları, epoksi gruplarının polimerizasyonu yoluyla uzaysal retiküler bir yapının oluşmasına neden olur.

Çapraz bağlayıcı sertleştiriciler moleküllerinde amino, karboksil, anhidrit, izosiyanat, hidroksil ve diğer grupları içerir.

0-150°C çalışma sıcaklığı aralığında kürleme için amin tipi sertleştiriciler kullanılmaktadır. Alifatik aminler olarak, genel formül H2N (CH2CH2NH), CH2CH2NH2, n = 1-4 olan 1,6-heksametilendiamin ve polietilen poliaminler yaygın olarak kullanılır, 20 ° C sıcaklıkta bile yüksek aktiviteye sahiptir.

Kullanılan aromatik aminler m-fenilendiamin, 4,4"-diaminodifenilmetan, 4,4"-diaminodifenilsülfondur. Aromatik aminler, alifatik olanlardan daha az aktiftir ve 150 °C ve üzerindeki sıcaklıklarda kürleşirler.

Dicyandiamine, amin tipi bir sertleştirici olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Dicyandiamine, oda sıcaklığında epoksi oligomerlerle pratik olarak reaksiyona girmez, ancak bunları yüksek sıcaklıklarda (150 ° C ve daha yüksek) hızla kürler.

Epoksi reçinenin tam çapraz bağlanmasını gerçekleştirmek için, sertleştiricinin amino gruplarındaki hidrojen atomlarının sayısı ile reçinedeki epoksi gruplarının sayısı arasındaki oran 1: 1 olmalıdır. Alifatik aminler ve epoksi grupları arasındaki reaksiyon oda sıcaklığında gerçekleşir. Sert aromatik aminler kullanıldığında ısıtma gereklidir. Reçine aminlerle çapraz bağlandığında oluşan karbon ve nitrojen atomları arasındaki kimyasal bağ, çoğu inorganik asit ve alkalilerin etkisine karşı dirençlidir. Bununla birlikte, bu bağ, organik asitlerin etkisine, diğer sınıfların sertleştiricileri tarafından oluşturulan moleküller arası bağlardan daha az kararlıdır. Ek olarak, "amino ile sertleştirilmiş" epoksilerin elektriksel yalıtım özellikleri, diğer sertleştirme ajanları kadar iyi değildir. Bunun nedeni, kürleme sırasında oluşan hidroksil gruplarının polaritesi olabilir.

İzosiyanat sertleştiriciler, soğuk koşullarda (= 20 °C) bile epoksi oligomerlerin hidroksil gruplarıyla kolayca reaksiyona girer. Yüksek kürleme sıcaklıklarında (180-200 °C), izosiyanat grubunun epoksi grubu ile reaksiyonu, oksazolidon halkasının oluşması ile mümkündür. İzosiyanatlar olarak 2,4- ve 2,6toluen diizosiyanatlar, heksametilen diizosiyanat ve bunlara bağlı olarak terminal izosiyanat grupları olan prepolimerler kullanılmaktadır.

Epoksi oligomerlerin kürlenmesi için hem novolak hem de rezol tiplerinin fenol-formaldehit oligomerleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Novolaklar, fenolik hidroksilleri epoksi gruplarıyla 150-180 °C'de ve katalizörlerin (üçüncül aminler) varlığında 80C'de reaksiyona sokarak epoksi oligomerlerini iyileştirir. Resoller durumunda, resollerin hidroksimetil grupları, epoksi oligomerlerinin ikincil OH grupları ile reaksiyona girer ve ayrıca epoksi oligomerlerinin aromatik halkalarını alkile edebilir.

Katalitik sertleştirme ajanları, epoksi gruplarının katyonik ve anyonik polimerizasyonunu katalize eder.

Katyonik polimerizasyon, Lewis asitleri - BF3, BF30 (C2H5) 2, SnCl4, vb. tarafından başlatılır.

Anyonik polimerizasyon, alkali metal hidroksitler ve alkolatların yanı sıra trietanolamin ve 2,4,6-tris (dimetilaminometil) fenol gibi üçüncül aminler tarafından başlatılır.

Üçüncül aminlerin mevcudiyetinde anyonik polimerizasyonda, aktif merkez, bir amin, bir epoksi merkez ve bir alkolün OH OH şemasına göre kombine reaksiyonu ile oluşturulur Alifatik üçüncül aminler genellikle soğuk sertleştirme ajanlarıdır. Son zamanlarda, imidazoller (özellikle, 2-etil-4-metilimidazol), Lewis baz tipinin sertleştiricileri olarak başarıyla kullanılmıştır; Ancak bazı kişilerde cildi tahriş edebilirler ve bu nedenle dikkatli kullanım gerektirirler.

Reçinelerin asit anhidritlerle kürlenmesi Ftalik, maleik ve ayrıca trimellitik (TMA), piromellitik (PMA), benzofenon tetrakarboksilik asit anhidrit (ABTC) gibi karboksilik asitlerin siklik aldehitleri, asit kürleme maddeleri olarak en yaygın şekilde kullanılır.180 ° C .

Bu sertleştiricilerin depolanması, havadaki nem nedeniyle bozulmayı önlemek için özel dikkat gerektirir. Tam sertleşmeyi sağlamak için reaksiyon ısıtma ile gerçekleştirilir. Son derece yavaş olan kürleme sürecini hızlandırmak için genellikle az miktarda hızlandırıcı eklenir. 200 ° C'nin üzerinde ısıtıldığında reçine ile reaksiyona giren anhidrit sertleştiriciler de vardır. Asit anhidritler, esterler oluşturmak için epoksi reçineleri ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonun gerçekleşmesi için bir anhidrit halka açıklığı gereklidir. Az miktarda proton içeren maddeler (örneğin asitler, alkoller, fenoller ve su) veya Lewis bazları halkanın açılmasına katkıda bulunur.

Kürlenme sonucu oluşan ester grubu, organik ve bazı inorganik asitlerin etkisine karşı dirençlidir, ancak alkaliler tarafından yok edilir. Elde edilen malzemeler, amin sertleştiricilerin kullanımına göre daha yüksek termal stabiliteye ve daha iyi elektriksel yalıtım özelliklerine sahiptir.

Lewis asitleri ile katalitik kürleme Lewis asitlerinden biri olan bor triflorür, epoksi reçineleri için kürleme maddesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf epoksi reçinesine küçük miktarlarda eklendiğinde, bu sertleştirme maddesi reçinenin bir polieter oluşturmak üzere katyonik homopolimerizasyonu için bir katalizör görevi görür. Bor triflorür, birkaç dakika içinde çok hızlı, ekzotermik bir polimerizasyona neden olur. Bu nedenle, büyük miktarda reçine kürlendiğinde, kütlede oda sıcaklığını korumak için özel bir teknoloji kullanılarak bloke edilmesi gerekir. BF3-MEA kompleksini oluşturmak için monoetilamin (MEA) ile birleştirildiğinde, bor triflorür oda sıcaklığında gizli bir sertleştirme maddesine dönüştürülür. 90 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda aktif hale gelir ve kontrollü bir ısı salınımı ile birlikte epoksi reçinenin hızlı kürlenmesine neden olur. Genellikle işlenmeden önce haftalarca saklanan prepregler hazırlanırken, gizli bir sertleştirici kullanılması kesinlikle gereklidir.

BF3-MEA kompleksini içeren epoksi reçineler, sızdırmazlık, kalıplama, laminatlar ve sarma ürünleri için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu durumda belirli bir sınırlama, önceden emprenye edilmiş ürünlerin ve VG3MEA içeren kürlenebilir bileşimlerin neme karşı tespit edilen kararsızlığıdır.

Hızlandırıcılar Reçine ve sertleştirici karışımlarına aralarındaki reaksiyonu hızlandırmak için hızlandırıcılar eklenir. Elde edilen malzemenin özellikleri tarafından yönlendirilen, ampirik olarak seçilen, stokiyometrik olmayan küçük miktarlarda eklenirler. Üçüncül aminlerin bazıları - kürleme katalizörleri - ayrıca bir dizi sistem için hızlandırıcı olabilir. Çoğu zaman, epoksi reçinelerinin asit anhidritlerle kürlenme oranını arttırmak için kullanılırlar. Bu amaçla bir Lewis asidi olan kalay oktanat kullanılır. Bazı durumlarda oda sıcaklığında kürlenmeye izin verir.

Kürlenmiş Epoksiler Kürlenmiş epoksilerin kimyasal yapısı ve özellikleri arasındaki ilişki hakkında bazı genellemeler yapılabilir:

Epoksi reçinenin bileşimine ne kadar çok aromatik halka eklenirse, termal kararlılığı ve kimyasal direnci o kadar yüksek olur;

Aromatik serinin sertleştiricileri kullanıldığında, alifatik maddeler durumunda olduğundan daha sert ve dayanıklı malzemeler oluşur, ancak bu tür sistemlerin artan sertliği moleküler hareketliliği azaltır ve böylece reaksiyon grupları arasındaki etkileşimi karmaşıklaştırır ve bu durumda kürleme yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilir;

Moleküller arası "çapraz bağların" yoğunluğundaki bir azalma, kopma uzamasındaki bir artış nedeniyle malzemenin mukavemetinde bir artışa yol açabilir;

Çapraz bağ yoğunluğunun azaltılması, kürleme sırasında reçinenin daha az büzülmesine de yol açabilir;

"Çapraz bağların" yoğunluğundaki bir artış, kürlenmiş malzemenin kimyasal direncinde bir artışa yol açar;

"Çapraz bağların" yoğunluğundaki bir artış, termal yıkım sıcaklığında (ve cam geçiş sıcaklığı Tc'de) bir artışa yol açar, ancak "çapraz bağların" yoğunluğu çok yüksektir

yıkım deformasyonunu azaltır (artan kırılganlık);

Moleküllerin aromatik fragmanlarını, sistemdeki "çapraz bağların" sayısında bir değişikliğin eşlik etmediği alifatik veya sikloalifatik olanlarla değiştirirken, sertleştirilmiş reçinenin esnekliği ve uzaması artar;

Asit anhidritle kürlenen epoksi reçineleri, asidik bir ortamda alkali bir ortama göre daha iyi performans gösterir.

Epoksi reçinelerin viskoelastik malzemeler olması nedeniyle özellikleri hem sıcaklığa hem de test süresine (hız, frekans) bağlıdır.

Özel olarak kürlenmiş epoksi reçinelerin özellikleri.

Özel olarak kürlenen epoksi sistemlerini kullanırken dikkate alınması gereken bazı sınırlamalar vardır. Örneğin, ısıtmaya uygun olmayan büyük parçaların ve termal streslerin minimum olması gereken kalın duvarlı parçaların üretilmesi durumunda, yüksek sıcaklıkta kürleme gerektiren sistemlerin kullanılması uygun değildir. Bu durumlarda düşük sıcaklık sertleştiricili sistemler kullanılır. Bu tür bileşimler, alifatik amin ile kürlenebilen epoksi reçineleri içerir. Bu tür bileşimlerin oda sıcaklığında kürlenmesi, düşük ısıyla daha da geliştirilmiş mükemmel özelliklere sahip malzemelerle sonuçlanır. Elbette bu reçineler yüksek sıcaklıklarda kullanılamaz.

Epoksi oligomerler ve polimerler, yüksek fiziksel ve mekanik özelliklere sahip basit işleme teknolojisi, ısı direnci, çeşitli malzemelere yapışma, çeşitli ortamlara dayanıklılık ve düşük basınçta atmosfer basıncında kürlenme yeteneğinin başarılı kombinasyonu nedeniyle teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılmaktadır. büzülme. Bu nedenle, yüksek mukavemetli yapısal malzemelerin üretiminde, roket ve uzay teknolojisinde, havacılıkta, gemi yapımında, makine mühendisliğinde, elektrik mühendisliğinde, radyo elektroniğinde, enstrüman yapımında yaygın olarak kullanılmaktadırlar.

Epoksi oligomerler ve polimerler, düşük yoğunluk, düşük sıcaklık sürtünme katsayısı, yüksek termal ve elektrik iletkenliği, aşınma direnci, termal ve radyasyon etkilerine direnç ile yüksek mukavemet ve sertlik kombinasyonu ile karakterize edilen karbon plastiklerinin üretilmesi için matrisler olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Koklanmış ve pirokarbon epoksi karbon fiber takviyeli plastikler, termal ve termal oksidatif bozunmaya karşı dirençlidir, yüksek mukavemet özelliklerine sahiptir ve iyi ısı koruma özelliklerine sahiptir.

Epoksi reçineler, fiberglas yapmak için iyi matrislerdir. Cam elyaf ve cam kumaşlara ek olarak kuvars elyaf ve kumaşlar, bor karbon elyaflar, silisyum karbür ve diğer inorganik elyaflar kullanılmaktadır.

İnorganik elyaflara ek olarak, güçlendirilmiş epoksi plastikler, özellikle poli-ve-fenilen tereftalamid ve diğer aramidlerden yüksek mukavemetli sentetik elyaflar elde etmek için organik polimerlerden elyaflar kullanılır.

Cam, seramik, ahşap, plastik, metaller, epoksi oligomerler ve polimerlere iyi yapışmaları nedeniyle, yapıştırıcıların, sıcak ve soğuk kürleme bileşiklerinin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Epoksi oligomerler, çevrenin korunması için çeşitli parçaları mühürlemek ve kapsüllemek için kullanılır.

Elektrik mühendisliğinde epoksi oligomerler, transformatörlerin ve motorların sargılarını doldurmak, elektrik kablolarının bağlantı yerlerini kapatmak vb. için kullanılır.

KONU 6. ISIYA DAYANIKLI REÇİNELER

Isıya dayanıklı reçineler, yüksek cam geçiş sıcaklığına sahip doğrusal veya çapraz bağlı heteroaromatik polimerlerdir ve gözle görülür yapısal değişiklikler olmaksızın 300 ° C'nin üzerindeki havada uzun süreli ısıtmaya dayanabilir.

Bu koşullar altında kaçınılmaz olarak meydana gelen termooksidatif yıkım sürecine rağmen, bu tür polimerlerin ayrışması nispeten yavaştır. Ek olarak, bu polimerlerin içinde ayrıştığı parçaların nispeten kararlı olduğu ve bunun da yüksek sıcaklıklarda malzemenin "ömrünü" arttırdığı varsayılmaktadır.

Isıya dayanıklı reçinelerin hazırlanmasındaki kilit nokta, çok sayıda heteroaromatik parça içeren polimerlerin sentezidir. Oksidasyon yapabilen minimum sayıda hidrojen atomu içeren bu parçalar, termal enerjiyi emebilir. Ne yazık ki, bu tür reçinelerin termal-oksidatif stabilitesini belirleyen kimyasal yapının aynı elementleri ciddi zorluklara ve hatta çoğu zaman bunları istenen ürünlere dönüştürmenin imkansızlığına yol açmaktadır.

1960'larda, termogravimetrik analize (TGA) göre yüksek sıcaklıklarda iyi termo-oksidatif stabiliteye sahip olan bir dizi heteroaromatik polimer sentezlendi. Bununla birlikte, bu polimerleri geliştirilmiş özelliklere sahip kompozit malzemeler için bağlayıcı olarak kullanma girişimleri ya başarısız olmuştur ya da ekonomik olarak dezavantajlı olmuştur.

Bu nedenle, 70'lerin başında, ısıya dayanıklı polimer bağlayıcıların geleceği çok belirsiz ve belirsiz görünüyordu. Bu yararlı malzeme sınıfının bir "laboratuvar merakı" olarak kalacağı görülüyordu. Ancak 1972-74 yıllarında poliimid polimer kimyasının gelişimi. sadece bunlara olan ilgiyi canlandırmakla ve ısıya dayanıklı bağlayıcılar alanında yeni gelişmelere neden olmakla kalmamış, aynı zamanda bu bağlayıcıların potansiyel olasılıklarının birçoğunun pratik olarak gerçekleştirilmesini mümkün kılmıştır. Halihazırda poliimid lifli kompozit malzemeler, yaklaşık 300 °C sıcaklıkta veya üç boyutlu (uzaysal ağ) çalışan yapısal malzemeler olarak kullanılmaktadır.

Yüksek moleküler ağırlıklı poliimidlere dayalı kompozit malzemelerin ana dezavantajı, yüksek mekanik yüklere, yüksek sıcaklıklara ve oksitleyici bir atmosfere aynı anda maruz kalma koşulları altında bu malzemelerin etkili pratik uygulama olanaklarını keskin bir şekilde sınırlayan yüksek gözenekliliktir.

Bu nedenle, polimerizasyona, elde edilen malzemelerin yüksek gözenekliliğine yol açan uçucu yan ürünlerin salınımı eşlik etmediğinden, polimerizasyon reaksiyonu ile katılaşabilen ilk eriyebilir oligomerik imidlerin kullanılması daha uygun görünmektedir. Zincirlerin uçlarında maleikmit ve endometilentetrahidroftalimid grupları içeren polimerize edilebilir oligomerik imidler çok önemlidir.

Bu gereksinimler, çeşitli yapılardaki diaminlerin ve maleik asit anhidritin etkileşimi ile elde edilen bismaleinimiller tarafından büyük ölçüde karşılanır. Bis-maleimidlerdeki çift bağ, imid halkasının karbonil gruplarına yakınlığı nedeniyle elektrondan yoksundur; bu nedenle, bis-maleimidler, erime noktasının üzerinde ısıtıldığında üç boyutlu polimerler oluşturarak kolayca polimerize olur.

SANAYİ İŞLETMESİNİN GERİ DÖNÜŞ ATIK Neredeyse tüm işletmelerin ekonomik faaliyet sürecinde atık üretilir. Atık miktarının doğrudan etkilenmesi nedeniyle ... "FEDERAL EĞİTİM AJANSI MOSKOVA DEVLET YAPI ÜNİVERSİTESİ PROGRAMI disiplini _Yatırımların ekonomik değerlendirilmesi_" KAMU SEKTÖRÜNÜN EKONOMİSİ "Devletin piyasa etkileşiminin düzenlenmesi sorununun ortaya çıktığı gösterilmiştir. mekanizmalar ve rass gerekir ... "Felsefe Bilimleri Adayı, Sosyoloji ve Psikoloji Bölümü Genç Araştırmacısı N ..." katkıda bulunanlar, Finans Dekanı Dean Witter, Stanford'dan kısa süreli bir ... "NV Mikhailova Minsk Devlet Üniversitesi..."

2017 www.site - "Ücretsiz elektronik kütüphane - çeşitli materyaller"

Bu sitedeki materyaller inceleme için yayınlanmıştır, tüm hakları yazarlarına aittir.
Materyalinizin bu sitede yayınlanmasını kabul etmiyorsanız, lütfen bize yazın, 1-2 iş günü içinde sileceğiz.

2.5.9. Dökümlerin kalıplardan ve maçaların dökümlerden çıkarılması

2.5.10. Dökümlerin işlenmesi için bitirme işlemleri

2.6. Tek seferlik ince duvarlı (kabuk) kalıplarda döküm imalatı

2.7. Tek seferlik kalıplar için diğer döküm yöntemleri

2.8. Çoklu kalıplarda döküm yapmak

2.8.1. Metal kalıplarda döküm imalatı (soğuk kalıplar)

2.8.2. Metal kalıplarda yüksek basınçlı döküm üretimi

2.8.3. Sıkma döküm

2.8.4. Sürekli döküm

2.8.5. Elektro cüruf döküm

2.9. Değişken basınçlı döküm

2.10. dondurarak döküm

2.11. Savurma döküm

2.12. Süspansiyon döküm

2.13. döküm alaşımları

2.13.1. Döküm alaşımları kavramı

2.13.2. Alaşımların döküm özellikleri

2.13.3. Mekanik özellikler

2.13.4. Fiziksel ve kimyasal özellikler

2.13.5. teknolojik özellikler

2.13.6. operasyonel özellikler

13.7. Döküm alaşımlarının kısa özellikleri

2.13.8. Döküm alaşımlarının eritilmesi

2.14. Döküm tasarımı için teknolojik gereksinimler

2.14.1. Dökümün üretilebilirliği ile ilgili genel kavram

2.14.2. Döküm tasarımı için bazı temel gereksinimler

2.15. Döküm üretim teknolojisi tasarlamanın temelleri

Bölüm 3. Metallerin basınçla işlenmesi

3.1. Genel bilgi

3.1.1. Plastik deformasyonun fiziksel temelleri

3.1.2. Metal şekillendirmenin avantajları

3.1.3. Basınç işleminin metallerin ve alaşımların yapısı ve özellikleri üzerindeki etkisi

3.2. Basınç işleminden önce metalin ısıtılması

3.2.1. Basınç tedavisi için sıcaklık koşullarının seçimi

3.2.2. Isıtma cihazları

3.3. Metal şekillendirme türleri

3.3.1. haddeleme üretimi

3.3.2. presleme

3.3.3. Resim çizme

3.3.4. dövme

3.3.5. toplu damgalama

3.3.6. sac damgalama

3.3.7. Özel basınç tedavisi yöntemleri

Bölüm 4. Kaynak işlemleri teknolojisi, lehimleme ve yapıştırma

4.1. Kaynağın fiziksel temelleri

4.1.1. Kaynaklı bir eklem oluşumunun özü

4.1.2. Kaynaklı bağlantıların genel özellikleri

4.2. füzyon kaynağı

4.2.1. ARK KAYNAK İŞLEMİNİN ÖZÜ

4.2.2. Elektrik arkı

4.2.4. Manuel ark kaynağı

4.2.5. Otomatik tozaltı ark kaynağı

4.2.6. Gaz korumalı ark kaynağı

4.2.7. plazma kaynağı

4.2.8. Elektro cüruf kaynağı

4.2.9. Elektron ışını kaynağı

4.2.10. Lazer kaynak

4.2.11. Gaz kaynağı

4.3. Basınç kaynağı

4.3.1. Direnç kaynağının ana yöntemleri

4.3.2. Direnç kaynak makineleri

4.3.3. Punta ve dikiş kaynak teknolojisi

4.3.4. Alın kaynak teknolojisi

4.3.5. Kondenser kaynağı

4.3.6. Özel basınçlı kaynak türleri

4.4. Kaynaklanabilirliğin fizikokimyasal temelleri

4.5. Yapı malzemeleri için kaynak teknolojisi

4.5.1. Karbon çeliklerinin kaynağının özellikleri.

4.5.2. Alaşımlı çelik kaynağının özellikleri.

4.5.3. Dökme demir kaynağının özellikleri

4.5.4. Demir dışı alaşımların kaynağının özellikleri

4.6. Kaynaklı bağlantıların üretilebilirliği

4.7. Lehimleme ve Yapıştırma Malzemeleri

4.7.1. lehimleme

4.7.2. yapıştırma

Bölüm 5. Tozlar, polimerler, kauçuklar, kompozit ve inorganik malzemelerden ürün üretim teknolojisi

5.1. Toz metalurjisi

5.1.1. Teknoloji Temelleri

5.1.2. Toz malzemeler

5.2. Kendinden yayılan yüksek sıcaklık sentezi (SHS)

5.3. polimerler

5.3.1. Polimerlerin yapısı ve özellikleri

5.3.2. üretim teknolojileri

5.4. Kompozit malzemeler (km)

5.4.1. Metal matrisli kompozitler

5.4.2. Polimer matrisli kompozitler

5.4.3. Km'den ürün elde etme yöntemleri

5.5. Kauçuk ürünler

5.6. inorganik malzemeler

5.6.1. inorganik cam

5.6.2. seramik

Bölüm 6. Makine parçalarını işlemenin teknolojik yöntemleri

6.1 Genel bilgiler

6.1.1. Makine parçalarının boşluklarını işleme yöntemleri

6.1.2. İşleme hassasiyeti ve pürüzlülüğü

6.2. Metal kesme temelleri

6.2.1. Kesme hareketleri ve işleme modelleri

6.2.2. Kesilen katmanın kesme özellikleri ve geometrisi

6.2.3. Torna aleti elemanları

6.2.4. Kesici dişlerin koordinat düzlemleri

6.2.5. Statik kesici açıları

6.2.6. Kesme işleminin fiziksel temelleri

6.2.7. Kesim Koşullarını ve Verimliliği Artırma Yollarını Seçme

6.3. Kesici aletler yapmak için malzemeler

6.4. Metal kesme makineleri hakkında genel bilgiler

6.4.1. Metal kesme tezgahlarının sınıflandırılması

6.4.2. Makinenin kinematik diyagramı

6.5. Torna işleme

6.5.1. Torna yöntemi

6.5.2. Vidalı torna tezgahı

6.5.3. Dikey torna tezgahları

6.5.4. Torna tezgahları - taret torna tezgahları

6.5.5. Otomatik torna tezgahları ve yarı otomatik makineler

6.6. Delme ve delme makineleri

6.6.1. Delme ve Delik İşleme Aleti

6.6.2. Delme makinesi türleri

6.7. Freze makinelerinde işleme

6.7.1. Frezeleme yöntemi ve kesici türleri

6.7.2. Genel amaçlı freze makineleri

6.7.3. Freze makineleri için aksesuarlar

6.8. Broşlama

6.8.1. Makine çeşitleri ve amaçları

6.8.2. Kesici takımlar ve işleme şemaları

6.9. Dişli kesme işlemleri

6.9.1. Dişli Diş Profilleme Teknikleri

6.9.2. Dişli kesme aleti

6.9.3. Dişlileri kesmenin teknolojik yöntemleri

6.10. diş açma

6.10.1. Diş açma aracı

6.10.2. Kesiciler ve taraklar ile kesme dişleri

6.10.3. Freze bıçakları ile diş açma

6.10. 4. Dokunarak

6.10.5. zar vurma

6.10.6. Vurma kafaları

6.10.7. Dişli haddeleme

6.11. aşındırıcı işleme

6.11.1. aşındırıcı aletler

6.11.2. Bileme

6.11.3. Honlama

6.11.4. süper finisaj

6.11.5. parlatma

6.11.6. hata ayıklama

6.12. Elektriksel, kimyasal ve kombine işleme yöntemleri

6.12.1. Ultrasonik kesim

6.12.2. Isıtma ile kesme

6.12.3. Elektro-deşarj işleme yöntemleri

6.12.4. Kimyasal işleme yöntemleri

6.12.5. Işın işleme yöntemleri

6.13. Makinelerin, mekanizmaların ve parçaların tasarımının üretilebilirliği

5.4.2. Polimer matrisli kompozitler

Polimer matrisli kompozit malzemeler, düşük yoğunluklu (1200 ... 1900 kg / m3), çentiklenmeye karşı düşük hassasiyet, termal ve elektriksel iletkenlik, yüksek yorulma ve özgül mukavemet, işlenebilirlik, radyo şeffaflığı (birkaç malzeme) ile ayırt edilir. ), vb. Bir polimer olarak, kompozitler için matrisler, termoset (esas olarak) ve termoplastik polimerler ve dolgu maddeleri olarak kullanılır - yukarıdakilerden herhangi biri.

Termoplastik polimerlere dayalı malzemelerçeşitli yapıdaki dağınık dolgu maddeleri (talk, grafit, metal oksitler, katmanlı katı yağlayıcılar, metal tozları, ayrı cam elyafı vb.) ile düşük ve orta yüklü makine ve aparat parçalarının, gövde parçalarının, dişli çarklarının imalatında kullanılır. ve zincir dişlileri, yataklar ve contalar, tahrik kayışları, kaplar vb.

Termoplastik kompozitler arasında en yaygın olarak cam dolgulu malzemeler kullanılmaktadır. Dolgu maddesi olarak, alkali içermeyen alüminoborosilikat camdan 9 ... 13 μm çapında lifler, kısa (0,1 ... 1 μm) ve uzun (3 ... 12 mm uzunluğunda) ve 10 doldurma derecesi ile kullanılır. ... polimer kütlesinin %40'ı. Poliamid, polikarbonat, polipropilen ve diğer termoplastiklere dayalı cam dolgulu plastikler üretilmektedir. Termoplastiklerin cam elyaf ile doldurulması, polimerlerin mukavemet özelliklerini ve ısı direncini arttırır, sürünmeyi 1.5 ... 2 kat azaltır, termal genleşmeyi 2 ... 7 kat azaltır, dayanıklılık sınırını ve aşınma direncini arttırır. Grafit, molibden disülfür, bor nitrür vb. gibi kompozitlere katı katmanlı yağlayıcıların eklenmesi, polimerlerin sürtünme katsayısını azaltır ve aşınma direncini artırır.

Termoplastiklere dayalı kompozitlerin gücü, yeterince yüksek bir darbe mukavemetinde (KCU = 8 ... 60 J / m2) 150 ... 160 MPa'ya ulaşır.

Termoset plastik bazlı kompozit malzemelerüç boyutlu polimer yapılar oluşturmak için ısıtıldığında veya sertleştiricilerin etkisi altında kürlenen polimerler bazında oluşturulur.Fenol-formaldehit, üre ve melamin-formaldehit, organosilikon ve diğer reçinelere dayalı kompozitler, ısıtıldığında kürlenenler arasındadır. İkinci tip, polisiloksanlara, epoksi reçinelerine ve doymamış polyesterlere dayalı kompozitleri içerir.

Termoplastiklerin aksine, termoset plastikler, tamamen soğuk akışın olmaması ile karakterize edilir, önemli ölçüde daha yüksek ısı direncine sahiptir, çözünmezdir ve önemsiz şişme özelliklerine sahiptir. Isı direnci sıcaklığına kadar özelliklerin stabilitesini, polimer tipine bağlı olarak -60 ila +200 ... 300 ° C arasındaki sıcaklıklarda uzun süreli yüklere dayanma kabiliyeti gösterirler ve iyi dielektrik özelliklere sahiptirler. Ancak bu malzemeler termoplastiklerden daha az işlenebilir.

Epoksi reçineler, dolgu maddesine en büyük yapışma özelliğine sahiptir. Kürlenmiş epoksi reçineler alkalilere, oksitleyicilere ve çoğu organik aside dayanıklıdır. Bununla birlikte, bunlara dayalı kompozitler düşük mekanik özelliklere sahiptir, 200 ° C'ye kadar ısıya dayanıklıdır ve ayrıca bu reçineler toksiktir.

Silikon-organik ve poliimid bağlayıcılara dayalı kompozitler (280 ... 350 ° C'ye kadar) en yüksek ısı direncine sahiptir.

Epoksi reçinelerin ve doymamış polyesterlerin kullanılması, büyük ebatlı ürünlerin imalatında çok önemli olan, oda sıcaklığında kürlenebilen (soğuk kürleme) malzemelerin elde edilmesini mümkün kılmaktadır.

ile kompozit malzemeler dağılmış dolgu maddeleri organik (odun unu, selüloz) ve mineral (kuvars, talk, mika, metal oksitler, grafit, molibden disülfür, bor nitrür dahil katı katmanlı yağlayıcılar) maddelerin tozları olarak kullanılan izotropik özelliklere, düşük mekanik dayanıma ve tokluğa sahiptir.

Olarak lifli takviye malzemeleri pamuklu polar, kord ipliği, asbest lifi, fiberglas kullanılmaktadır. Buna göre bu malzemeler cam elyafı, kordofiber, asbest elyafı, cam elyafı olarak adlandırılır.

lifler - fenol-formaldehit reçinesi ile emprenye edilmiş pamuk liflerine dayalı plastikler. Malzemeler pres tozlarına göre daha yüksek darbe mukavemetine (10 kJ/m2'ye kadar) sahiptir ancak çok daha düşük akışkanlığa sahiptirler, bu da ince cidarlı parçaların üretimine imkan vermez. Lifler düşük dielektrik özelliklere sahiptir, tropik iklimlere karşı kararsızdır ve anizotropi özelliklerine sahiptir. Kayış kasnakları, flanşlar, tutamaklar, kapaklar vb. gibi bükülme ve burulmada çalışan titreşimlere ve şok yüklerine karşı artan direnci olan genel teknik amaçlı ürünlerin imalatında kullanılırlar.

asbest lifleri - 0,5 mikrona kadar çapa sahip ince liflere ayrılan lifli bir mineral - asbest içeren kompozitler. Bağlayıcı olarak fenol-formaldehit ve organosilikon reçineleri kullanılır. 200 °C'ye kadar yüksek darbe mukavemeti ve ısı direncine sahiptirler, asidik ortamlara dayanıklıdırlar ve iyi sürtünme özelliklerine sahiptirler. Esas olarak frenleme cihazları (fren balataları, balatalar, debriyaj diskleri) için malzeme olarak kullanılırlar.

Fenol-formaldehit bazlı asbest lifleri, elektrik amaçlı (elektrik panoları, yüksek ve düşük voltajlı kollektörler) yüksek mukavemetli ısıya dayanıklı parçaların üretiminde ve organosilikon polimerlere dayalı - uzun süre çalışan parçalar için kullanılır. 200 ° C'ye kadar sıcaklıklarda (malzeme K-41-5) ve yüksek güçlü kontaktörlerin ark bastırma odaları için, klemensler (KMK-218). En son malzemeler tropik dayanıklıdır. Faolit - Asbest liflerinin fenol-formaldehit reçinesi ile emprenye edilmesi ve ardından karışımın haddelenmesiyle elde edilen asbest lifleri, aside dayanıklı boru ve kapların imalatında kullanılır.

Fiberglas dolgu maddesi olarak fiberglas içeren plastiklerdir. 5 ... 20 mikron çapında cam elyaflar kullanılır, B = 600 ... 3800 MPa geçici dirençli yüksek mukavemetli ve B = 3900 olan yüksek modüllü (VM-1, VMP, M-11) ... 4700 MPa ve 110 GPa'ya kadar esnemede bir elastik modül. Fiberglasın darbe dayanımını büyük ölçüde belirleyen fiberler, iplikler, farklı uzunluklardaki demetler kullanılır. Lif ne kadar ince olursa, kusurluluk o kadar az ve mukavemeti o kadar yüksek olur.

Cam elyafının mekanik özellikleri, cam elyafının bileşimine, miktarına ve uzunluğuna, bağlayıcının tipine, cam elyafı-bağlayıcı ara yüzeyinde meydana gelen fizikokimyasal işlemlere ve işleme yöntemine bağlıdır. Örneğin, bir epoksi bağlayıcı içinde E cam elyafı (alkali içermeyen alüminosilikat) S cam elyafı (ısıya dayanıklı yüksek mukavemetli) ile değiştirmek, kompozitin gücünü %40 oranında artırır.

Cam elyafın bağlayıcı ile ıslanabilirliğini iyileştirmek, ara yüzeyde oluşan gerilmeleri azaltmak, elyaf ile bağlayıcı arasındaki yapışmayı arttırmak, elyafların çeşitli reaktif grupları (vinil, metakril, fenil, amino ve imino grupları vb.) kullanılır. Elyaf ile bağlayıcı tabaka sınırındaki gerilimlerde bir azalma, büzülme ve gözeneklilikte bir azalma ve ısı direncinde bir artış, bağlayıcıya toz haline getirilmiş dolgu maddelerinin, özellikle kürlenmiş bir bağlayıcı tozun eklenmesiyle kolaylaştırılır.

Fiberglas alt bölümlere ayrılır: dolaşık lifli, granüler ve ince dağılmış pres kütleleri.

Karışık fiber cam fiberler 40 ... 70 mm uzunluğundaki liflerin emprenye edilmesi, ardından çözücünün (örneğin, AG-4V) çıkarılması için kabartma ve kurutma ile elde edilir. Bu malzemelerin dezavantajı, bağlayıcının düzensiz dağılımı, diğer cam elyafına kıyasla daha fazla mekanik özellik dağılımı ve daha az akışkanlıktır.

granül fiberglas(ön karışımlar) bükülmemiş cam ipliklerinin ve cam ipliklerinin emprenye edilmesi, ardından kurutulması ve 5, 10, 20 ve 30 mm uzunluğunda granüller halinde kesilmesiyle elde edilir. Granüllerin çapı 0,5 ... 8 mm'dir. Malzemenin iyi akışkanlığı ve akışkanlığı, mekanik özelliklerin daha fazla kararlılığı vardır. Bu malzeme kategorisi, dozlanmış cam elyaf DSV'yi içerir.

İnce dağılmış fiberglas pres bileşikleri 1.5 mm uzunluğa kadar kırılmış cam elyafların bir bağlayıcı ile karıştırılması ve ardından granülasyon (3 ... 6 mm boyutunda granüller) ile yapılır. Emprenye edilmiş cam bezi atıklarından 10 ... 50 mm uzunluğa kadar granüllü "cam kırıntısı" da üretilir.

Boyutları 6 mm'ye kadar olan granüllü cam elyafı, enjeksiyon kalıplama ile işlenir. İnce dağılmış cam elyafı, enjeksiyon kalıplama ile ve metal bağlantı parçaları olan ürünlerin imalatında - enjeksiyon kalıplama ile işlenebilir. Granül uzunluğu 10 mm olan fiberglas, enjeksiyon kalıplama ve doğrudan presleme ile ve granül uzunluğu 20 ve 30 mm olan - sadece doğrudan presleme ile işlenir.

Gövde parçaları, kalkan elemanları, yalıtkanlar, fiş konektörleri, anten kaplamaları vb. Fiberglastan yapılmıştır. -60 ila +200 ° C arasındaki sıcaklıklarda çalışan ürünler, anilin-fenol-formaldehit reçineleri ve alkali içermeyen alüminoborosilikat cam elyafı bazında ve - 60 ... + 100 ° C sıcaklık aralığı için yapılır. epoksi reçineler.

Organosilikon reçine esaslı cam elyafı 400 °C sıcaklığa kadar, silika veya silika lifleri kullanılarak kısa süreli ve daha yüksek sıcaklıklarda çalıştırılır. Isı korumalı parçalar için silika elyafı ve fenol-formaldehit reçineleri bazlı cam elyafı kullanılır.

Cam paspaslar ve doymamış polyester reçineler esaslıdır, prepregler, büyük boyutlu parçaların (gövdeler, tekneler, cihazların vücut parçaları vb.) imalatında kullanılan. Yönlendirilmiş elyafların kullanılması, geliştirilmiş mekanik özelliklere sahip cam elyafların elde edilmesini mümkün kılar. Örneğin, yönlendirilmiş cam elyaf AG-4S şunları içerir:  B = 200 ... 400 MPa, KCU = 100 kJ / m2; AG-4V için karışık fibere dayalı iken:  B = 80 MPa, KCU = 25 kJ / m2.

Organofiberler organik polimer liflerin (poliamid, lavsan, nitron, vinol, vb.) dolgu görevi gördüğü polimer bağlayıcılara dayalı kompozit malzemelerdir. Bu liflerden yapılan demetler, kumaşlar ve paspaslar da takviye için kullanılır. Bağlayıcı olarak termoset reçineler (epoksi, fenol-formaldehit, poliimid vb.) kullanılmaktadır.

Benzer termofiziksel özelliklere sahip polimer bağlayıcıların ve dolgu maddelerinin yanı sıra aralarında difüzyon ve kimyasal etkileşime sahip olanların kullanılması, kompozitlere mekanik özelliklerin stabilitesi, yüksek özgül mukavemet ve darbe mukavemeti, kimyasal direnç, termal şok direnci, tropikal atmosfer sağlar. , ve aşınma. Organik liflerin çoğunun izin verilen çalışma sıcaklığı 100 ... 150 ° C'dir ve poliimid bağlayıcı ve ısıya dayanıklı lifler temelinde - 200 ... 300 ° C'ye kadar. Bu malzemelerin dezavantajları arasında düşük basınç dayanımı ve sürünme yer alır.

Yüksek mukavemetli kompozitler elde etmek için, yüksek mekanik özelliklere, geniş bir sıcaklık aralığında termal stabiliteye ve iyi dielektrik ve yorulma özelliklerine sahip aromatik poliamidlere (aramid lifleri SVM, Terlon, Kevlar) dayalı lifler kullanılır. Spesifik mukavemet açısından, bu lifler sadece borik ve karbon liflerinden daha düşüktür.

Borovoloörgü - bor lifleri ile doldurulmuş bir polimer matris üzerindeki kompozit malzemeler. İyi mekanik özelliklere, düşük sürünme, yüksek termal ve elektrik iletkenliğine, organik çözücülere, yakıtlara ve yağlayıcılara, radyoaktif radyasyona ve döngüsel alternatif yüklere karşı dirence sahiptirler.

Bor lifleri, bir BCl 3 + H2 gaz karışımından boronun ~ 1130 ° C sıcaklıkta bir tungsten filaman üzerine kimyasal olarak çökeltilmesiyle elde edilir. Isı direncini arttırmak için lifler, yine argon ve hidrojende buhar-gaz fazından biriken silisyum karbür ile kaplanır. Bu tür liflere borsik denir. Bor lifleri için bağlayıcı olarak modifiye epoksi reçineler ve poliimidler kullanılır. Borovoloknits KMB-3, KMB-Zk, ürünlerin 100 °C'ye kadar, KMB-1 ve KMB-1k'nin 200 °C'ye kadar ve KMB-2k'nin 300 °C'ye kadar performans göstermesini sağlar. İşlemenin üretilebilirliğini arttırmak için, bor elyafı ile cam elyafı karışımı içeren kompozitler kullanılmaktadır.

Borovoloknitler, havacılık ve uzay teknolojisinde çeşitli profillerin, panellerin, kompresör parçalarının vb. imalatında kullanılmaktadır.

Karbonfiber (karbon fiber takviyeli plastikler) - polimer bağlayıcı ve karbon fiber bazlı kompozit malzemeler. Karbon fiberler ısıya oldukça dayanıklıdır; özgül güç, kimyasal ve hava direnci, düşük termal lineer genleşme katsayısı.

İki tip lif kullanılır: karbonize ve grafit. Başlangıç ​​malzemesi olarak özel ısıl işlem görmüş viskon veya poliakrilonitril (PAN) lifleri, taş ve petrol ziftleri kullanılır. Oksitleyici olmayan bir ortamda yüksek sıcaklıkta işleme sürecinde, organikten karbon liflerine bir geçiş meydana gelir. Karbonizasyon 900 ... 2000 ° С sıcaklıkta ve grafitleştirme - 3000 ° С'ye kadar sıcaklıklarda gerçekleştirilir. Karbon fiberler mekanik özelliklerine göre yüksek modüllü ve yüksek mukavemetli olarak ikiye ayrılır. Termoset polimerler bağlayıcı olarak kullanılır: epoksi, fenol-formaldehit, epoksi-fenolik reçineler, poliimidler, vb. ve ayrıca karbon matrisleri.

Karbofiberler iyi mekanik özelliklere, statik ve dinamik dayanıklılığa, su ve kimyasal dirence vb. sahiptir.

Epoksi-anilin-formaldehit bağlayıcı (KMU-3, KMU-Zl) bazlı karbofiberler 100 °C'ye kadar, epoksi-fenolik (KMU-1l, KMU-ly) üzerinde 200 °C'ye kadar, poli- üzerinde verimlidir. Liimid (KMU-2, KMU-2l) 300 °C'ye kadar, karbon matrisi üzerinde havada 450 °C'ye kadar ve inert atmosferde 2200 °C'ye kadar.

Karbon fiber, havacılık ve roket teknolojisi, antenler, gemiler, arabalar, spor ekipmanları için yapısal parçaların imalatında kullanılır.

Lamine kompozit malzemeler bir polimer bağlayıcı ile emprenye edilmiş ve sabitlenmiş tabaka dolgu maddelerine (kumaşlar, kağıt, kaplama vb.) sahiptir. Bu malzemeler anizotropik özelliklere sahiptir. Çeşitli yapıdaki yüksek mukavemetli liflere dayalı kumaşlar, lifli takviye elemanları olarak kullanılır: pamuk, cam-asbestli kumaş, organo-kumaş, karbon-fiber, organo-cam, boro-organo-cam. Kumaşlar, çözgü ve atkıdaki lif oranlarında, mekanik özelliklerini etkileyen dokuma türünde farklılık gösterir. Lamine kompozitler levha, boru, boşluk şeklinde üretilir.

Getinax - değiştirilmiş fenolik, amino-formaldehit ve üre reçinelerine ve çeşitli kağıt türlerine dayalı plastik.

Organogetinax, çoğunlukla aromatik poliamidler ve polivinil alkolden olmak üzere sentetik elyaf kağıt temelinde yapılır. Poliimidler, fenol-formaldehit, epoksi reçineler ve diğerleri bağlayıcı olarak kullanılır. Getinaks ile karşılaştırıldığında, agresif ortamlarda daha yüksek bir dirence ve yüksek sıcaklıklarda mekanik ve dielektrik özelliklerin stabilitesine sahiptirler.

tektolit - polimer bağlayıcılara ve pamuklu kumaşlara dayalı lamine plastik. Malzeme yüksek mekanik özelliklere, titreşim direncine sahiptir. Ana amaca bağlı olarak, PCB'ler yapısal, elektrik, grafit, esnek yastıklamaya ayrılır.

Yapısal textolite kaliteleri PTK, PT, PTM, sürtünme bölgesinde 90 ° C'den yüksek olmayan sıcaklıklarda çalışan dişliler, kaymalı yataklar, haddehaneler, türbinler, pompalar vb. 0,5 ila 8 mm kalınlığında ve 8 ila 13 mm kalınlığında levhalar.

Elektroteknik textolite, eksi 65 ila + 165 ° С çalışma sıcaklıkları ve %65'e kadar nemin olduğu ortamlarda elektriksel yalıtım malzemesi olarak kullanılır. A, B, D, VCh kalitelerinde 0,5 ila 50 mm kalınlığında levhalar halinde üretilir. 8 kV / mm'ye kadar trafo yağında dielektrik dayanım. A Sınıfı - trafo yağında ve havada 50 Hz endüstriyel frekansta çalışmak için artırılmış elektriksel özelliklere sahip. B Sınıfı - 50 Hz frekansında havada çalışmak için geliştirilmiş elektriksel özelliklere sahip. G Sınıfı - özellikler ve kullanım alanı açısından, A sınıfına benzer, ancak bükülme ve kalınlık için genişletilmiş toleranslara sahiptir. HF sınıfı - havada yüksek frekanslarda çalışmak için (10 6 Hz'e kadar).

Grafit textolite, haddeleme ekipmanı yataklarının imalatı için kullanılır ve 1 ... 50 mm kalınlığında, 1400 mm uzunluğa ve 1000 mm genişliğe kadar levhalar şeklinde üretilir.

Esnek yastıklama textolite, yağlara, kerosene ve benzine maruz kalan makine ünitelerinde sızdırmazlık ve yalıtım contalarının üretimi için kullanılır. 0,2 ... 3,0 mm kalınlığında sac şeklinde üretilir.

V asbest laminatlar ve asbogetinax dolgu maddeleri olarak sırasıyla asbest kumaş veya asbest kağıdı (% 60'a kadar) ve bağlayıcı olarak - fenolik-formaldehit ve melamin-formaldehit reçineleri, izin verilen çalışma sıcaklığını belirleyen silikon-organik polimerler.

Melamin-formaldehit bazındaki malzemeler, uzun süreli çalışma sırasında ürünlerin 200 °C'ye kadar, fenol-formaldehit üzerinde 250 °C'ye kadar ve organosilikon üzerinde 300 °C'ye kadar çalışmasına izin verir. Kısa bir süre için sıcaklık 3000 ° C'ye ulaşabilir. Asbest laminatlar esas olarak fren balatalarının, fren balatalarının imalatında, ısı yalıtım ve ısı koruma malzemeleri olarak kullanılmaktadır.

Cam elyaf laminatlar fiberglas ve çeşitli polimer bağlayıcılar temelinde yapılmıştır. Fenolik-formaldehit reçinelerinde (KAST, KAST-V, KAST-R) PTK textolite'den daha fazla ısıya dayanıklıdırlar, ancak titreşim direnci daha kötüdür. Organosilikon reçinelerde (STK, SK-9F, SK-9A) ısıya ve dona karşı direnci yüksektir, kimyasal direnci yüksektir, temas ettiği metalde korozyona neden olmaz. Fiberglas laminatlar, esas olarak radyo mühendisliği amaçlı büyük boyutlu ürünler için kullanılır.

600 kJ/m2'ye kadar yüksek darbe dayanımına sahip KCU, 1000 MPa'ya kadar nihai dayanım fiberglas anizotropik malzemeler, cam kaplama (SVAM) ile güçlendirilmiştir. Spesifik sertlik açısından, bu malzemeler metallerden daha düşük değildir ve spesifik mukavemet açısından 2 ... 3 kat daha yüksektir.

Gaz dolu plastikler yapıları katı ve gaz fazlarından oluşan bir sistem olduğu için kompozit sınıfına da atfedilebilir. İki gruba ayrılırlar: köpükler ve hücresel plastikler. strafor gözenekler bir polimer tabakası ile birbirinden izole edilmiş hücresel bir yapıya sahiptir. Poroplastikler açık gözenekli bir sisteme sahiptir ve içlerinde bulunan gaz veya sıvı ürünler birbirleriyle ve çevre ile iletişim kurar.

strafor termoplastik polimerler (polistiren, polivinil klorür, poliüretan) ve ısıyla sertleşen reçineler (fenol-formaldehit, fenol-kauçuk, organik silikon, epoksi, üre) bazında elde edilir. Gözenekli bir yapı elde etmek için çoğu durumda gaz oluşturan bileşenler polimer bağlayıcıya eklenir. poroforlar. Bununla birlikte, örneğin polyester üretan köpük, poliepoksi köpük gibi kendiliğinden köpüren malzemeler de vardır. Termoplastik reçinelere dayalı köpükler daha işlenebilir ve esnektir, ancak çalışmalarının sıcaklık aralığı -60 ila +60 ° C'dir.

Poroplastikler esas olarak bileşimlerin örneğin sıkıştırılmış hava ile veya özel köpürtücü maddeler kullanılarak mekanik olarak köpürtülmesiyle elde edilir. Köpürtülmüş kütle katılaştığında, kurutma ve kürleme işlemi sırasında hücre duvarlarından çıkan çözücü onları yok eder. Bileşimlerin suda çözünür maddelerle doldurulmasıyla gözenekler yoluyla elde edilebilir. Ürün preslenip sertleştirildikten sonra, içinde çözülebilir maddelerin yıkandığı ısıtılmış suya daldırılır.

Köpük plastikler, amortisör, yumuşak koltuk, sünger, filtre imalatında, havalandırma ünitelerinde titreşim sönümleyici ve ses yalıtımlı contalar, susturucular, kask ve baretlerde conta vb. Yoğunlukları 25 ... 500 kg / m3'tür.

Metal-polimer çerçeve malzemeleriüç boyutlu bir metal ağın destekleyici taban olduğu ve çerçeveler arası boşluğun çeşitli fonksiyonel bileşenler içeren bir polimer bileşimi ile doldurulduğu kompozit malzemelerdir (Şekil 5.11).

Pirinç. 5.11. Metal-polimer çerçeve malzemesinin (a) ve MPK malzemesinin (b) yapısı:

1 - metal parçacıklar, 2 - polimer, 3 - katı yağlayıcı, 4 - pirolitik grafit

Makine mühendisliğinde, çeşitli kuru yağlayıcılar (grafit, molibden disülfid, kadmiyum iyodür, vb.) içeren sermet çerçeve ve polimer bağlayıcılara dayalı metal-polimer kendinden yağlamalı malzemeler uygulama bulmuştur. Bu tür malzemeler kaymalı yatakların, makaralı yatak kafeslerinin, piston segmanlarının vb. imalatında kullanılır.

Sermet çerçeve elde etmek için kalay bronz, paslanmaz çelik, cam seramik tozları kullanılır. Çerçeveler arası boşluklar, %50 sulu bir PTFE süspansiyonu veya bir PTFE-4D ile kurşun karışımı ile emprenye edilerek PTFE-4D ile doldurulur. Paslanmaz çelik tozları bazında yapılan metal-seramik sürtünme önleyici malzeme MPK, pirografit ve floroplastik-4 içerir.

Üretim teknolojisi aşağıdaki gibidir: 20 ... 70 gözenekli bir çerçeve metal tozlarından preslenir ve sinterlenir. Daha sonra, özel bir haznede, gözenek hacminin yaklaşık 3/4'ü dolana kadar çerçevenin duvarlarında gaz pirolizini ve grafit birikmesini sağlayan bir sıcaklıkta karbon içeren bir gaz gözeneklerden geçirilir, ardından ürün aynı anda ısıl işlemle bir floroplastik-4 süspansiyonu ile tekrar tekrar vakumla emprenye edilir.

Verilen tipteki kendinden yağlamalı malzemeler 250 °C'ye kadar sıcaklıklarda etkilidir.

Kendinden yağlamalı bant çerçeve malzemelerinin kullanımı çok umut vericidir; Çerçevenin gözenekleri, floroplastik-4 ve katı yağlayıcılara dayalı bileşimlerle doldurulur.

Bant malzemeleriçok teknolojiktir, her boyutta kaymalı yatak (katlanmış) ve burç üretimine izin verir), yüksek basınçlarda (200 ... 300 MPa'ya kadar) ve kayma hızlarında 280 ° C'ye kadar sıcaklıklarda yağlama olmadan çalışmaya izin verir. Metal bir taban şeridi ve gözenekli bir bronz çerçevenin kullanılması, sürtünme bölgesinden iyi bir ısı çıkarılmasını sağlar ve gözeneklerde ve katı yağlayıcılarla yüzeyde bulunan PTFE-4, düşük sürtünme katsayısına ve sürtünme çiftlerinin yüksek aşınma direncine sahiptir. DU, DP, DQ gibi bant malzemeleri yurt dışında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çerçeve bant malzemelerinin dezavantajlarından biri, yuvaya monte edildikten sonra yatakların mekanik olarak işlenmesi olasılığını dışlayan yüzey alıştırma tabakasının (10 ... 20 mikron) küçük kalınlığıdır.

Çerçevesi metal liflerden veya ağlardan sinterlenmiş olan kendinden yağlamalı çerçeve malzemelerinin kullanımı etkilidir ve matris olarak çeşitli polimer bileşimlerinin yanı sıra karbon grafit ve metalize karbon grafit kumaşlarla emprenye edilmiş malzemeler kullanılır. katı yağlayıcılı polimer bağlayıcılar.

Şu anda, yaygın olarak kullanılmaktadırlar kompozit ahşap malzemeler,özel katkı maddelerinin eklenmesiyle bir matriste (genellikle polimerik) birleştirilmiş ahşap malzemeleri (dolgu maddeleri) güçlendiren. Bazı durumlarda, ahşap plastikler veya KDPM (kompozit ahşap polimer malzemeler) olarak adlandırılırlar.

suntalar - Bir bağlayıcı ile karıştırılmış ahşap parçacıklarının sıcak yassı preslenmesiyle yapılan büyük boyutlu ürünler. GOST 10632-89'a göre levhalar 2440x1220 boyutlarında üretilir; 2750x1500; 3500x1750; 3660x1830; 5500х2440 mm, 10 ila 25 mm kalınlık, cilalı ve cilasız. Amaca uygun olarak, levhalar üç sınıfa ayrılır: P-1 (P-1M çok katmanlı ve P-1T üç katmanlı)- radyo ve enstrüman yapımında, mobilya ve yapı elemanlarında kasalar, paneller ve diğer parçalar üretin. Termoset ve termoplastik polimerlere, boyalara ve verniklere dayalı filmlerle kaplanmıştır; P-2 (P-2T ve P-20 tek katmanlı, A ve B gruplarına bölünmüştür)) - cihaz kasalarının, makinelerin, kapların ve kapların (gıda hariç), rafların, mobilya elemanlarının ve bina yapılarının imalatı. Kaplama, dekoratif kağıt - lamine plastiklerle ve kaplamasız olarak kullanılırlar; P-3 (P-ET)- kamyonet gövdelerinin detayları, araba bölmeleri, taşıyıcı yapıların bina elemanları. Yüzey kalitesine göre, plakalar cilalı (1 ve II. derece) ve cilasız (I ve II. derece) olarak ikiye ayrılır.

Fiber levhalar (GOST 4598-86), yoğunluğa bağlı olarak yumuşak (M), yarı sert (PT), sert (T) ve süper sert (ST) ve bükülmedeki nihai mukavemete bağlı olarak yedi dereceye ayrılır: M-4, M- 12, M-20, PT-100, T-350, T-400 ve ST-500, burada sayılar kgf/cm2 cinsinden eğilmede levhaların minimum nihai mukavemetini ifade eder. Plakaların kalınlığı 2, .5; 3.2; 4; 5; 6; 8:12; 16 ve 25 mm, 1220 - 1830 mm arası genişlik ve 1200 - 5500 mm arası uzunluk. Nemden korunan ürün ve yapılarda kullanım için tasarlanmıştır.

Ahşap laminatlar (sunta) - sentetik reçinelerle emprenye edilmiş çeşitli ahşap türlerinden sıcak preslenmiş çok katmanlı kaplama levhaları. Suntalar, yüksek mukavemet ve aşınma direnci, düşük sürtünme katsayısı ve iyi alıştırma özellikleri ile karakterize edilir.

sunta 1 ila 15 mm kalınlığında dikdörtgen levhalar, 15 ila 60 mm kalınlığında - plakalar şeklinde yapılır. Tüm kaplama levhalarından uzunluk boyunca yapıştırılmış levhalar ve levhalar, katı ve birkaç kompozitten (biraz azaltılmış özelliklere sahip) olarak adlandırılır. Masif levhalar 950 mm eninde, 700, 1150 ve 1500 mm ve 1200x1500 mm boyunda; kompozit 2400x950, 4800x1200, 5000x1200 mm; katı levhalar: 750x750, 950x700 (1150, 1500); 1200x1200 (1500), kompozit levhalar kompozit levhalarla aynı ölçülerde üretilmektedir. GOST 13913-78 ve GOST 20366-75'e göre sunta, 11 kaliteye bölünmüştür.

Arasında KDPM'den perspektif düzenekler ve parçalarşunlara atfedilebilir:

bantlı konveyör makaraları;

rulman yatakları;

kör ve geçişli kapaklar, kapaklar;

tekerleklerin ve silindirlerin merkezi parçaları (çelikten yapılmış jantlı tekerlek merkezleri);

vinçler, teleferikler, zincirli vinçler vb. için kablo blokları;

anahtarsız bağlantılar kullanılarak millere sabitlenmiş kasnaklar, zincir dişlileri, dişliler;

iç kısmı preslenmiş metal talaşlı ve dış kısmı KDPM olan ağırlıklar, karşı ağırlıklar, amortisörler, volanlar;

otomobiller, otobüsler, vagonlar, çeşitli otomobillerin kabinleri vb. için iç döşeme panelleri;

pnömatik ve hidrolik silindirlerin pistonları;

pencere çerçeveleri;

poliüretan köpükten yapılmış parçalar için çerçeveler;

bükülü yapıştırılmış profiller ve kaplama paneller;

dış kontrplak, sunta, sunta, DSG1, sunta veya metal (çelik, alüminyum) tabakalı sandviç paneller ve ahşap dolgulu köpüklü plastiklerin orta kısmı;

Yapısal ve ısı yalıtımı amacıyla ahşap dolgulu köpük plastikten yapılmış parçalar (örneğin, araba tavanlarını sabitlemek için parçalar, arabaların ısı, ses ve titreşim yalıtımı, dizel lokomotifler, buzdolapları ve garaj kapıları, kanalsız döşeme için boruların ısı yalıtımı, vb.);

rezervuarlar (gaz tankları, alıcılar, vb.).

seçici transfer modunda çalışan kaymalı yataklar;

Tabii ki, CMRM'nin umut vaat eden uygulama alanları eksiksiz olduğunu iddia etmiyor, tüm olası kullanım alanlarını tüketmiyor ve önemli ölçüde genişletilebilir.