CC BY
75
Библиографические ссылки
1. Volynskii A.L., Bakeev N.F. Solvent Crazing of Polymer. Amsterdam; New-York: Elsevier, 1996. P.410
2. Волынский АЛ., Бакеев Н.Ф. Высокодисперсное ориентированное состояние полимеров. М.: Химия, 1985.
3. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Структурная самоорганизация аморфных полимеров. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 232 с.
УДК 541.64:539.3
А. В. Десятков*, Н. Р. Пономарева' , Г. П. Гончарук*", Е. С. Оболонкова'**, Ю. М. Будиицкий , О. А. Серенко *
* Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия ** Московский педагогический государственный университет, Москва, Россия ♦♦♦Институт синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова РАН, Москва, Россия
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ОДНОРОДНО ДЕФОРМИРУЮЩЕГОСЯ ПОЛИМЕРА
Mechanical properties of a composite material on the basis of a ethylene-vinylacetate-copolymer and silica gel particles of various size was investigated. It was established, that in the investigated composite with increase in the size of particles there is a deterioration of mechanical properties which is connected with change of a kind of the defects formed at exfoliation of particles.
Исследованы деформационно-прочностные свойства композиционного материала на основе сополимера этилена с винилацетатом и частиц силикагеля различного размера. Установлено, что в исследованном композите с увеличением размера частиц происходит ухудшение механических свойств, которое связано с изменением вида дефектов, образующихся при отслоении частиц.
Изучение причин разрушения наполненных полимеров может быть ценным источником информации о роли наполнителя в формирование физико-механических свойств наполненных систем. Известно, что характеристики дисперсно-наполненных композитов зависят от свойств матричного полимера, концентрации, размера и формы частиц наполнителя, а также от уровня адгезионного взаимодействия между полимером и наполнителем. Форма и размер частиц предопределяют уровень локальных перенапряжений в матричном полимере. Так, вблизи крупных частиц наполнителя наблюдаются более высокие значения перенапряжений, чем в случае мелких частиц [1]. При схожих размерах наполнителей наличие острых углов, ровных поверхностей приводит к большей концентрации напряжений, по сравнению со сферическими частицами [2] и, как следствие, к различному деформационному поведению композитов. Цель настоящей работы - исследо-
ванне влияния размера частиц наполнителя на форму образующихся дефектов и на деформационно-прочностные свойства композитов на основе однородно деформирующегося термопластичного полимера, в качестве которого использовали сополимер этилена и винилацетата (СЭВА), а наполнителем являлся силикагель 8102 с размером частиц 40-60 и 100-160 мкм. Ненаполненный полимер деформируется однородно, без образования шейки. Введение 8Ю2 не изменяет характер растяжения композита, по приводит к снижению прочности и деформации при разрыве материалов. Влияние частиц на предельные характеристики композитов проявляется в большей мере при использований 8102 с (1-100-160 мкм. На рис.! представлены зависимости прочности ос (а) и деформации при разрыве ее (б) композитов от содержания наполнителя. С ростом степени наполнения происходит плавное уменьшение механических характеристик материалов, но скорость их снижения зависит от размера часгиц 8Ю2 . Зависимости ас - V Г и ее - V Г для системы СЭВА- ЙЮ2 с дисперсностью частиц 100-160 мкм проходят ниже, чем для частиц с размером 40-60 мкм.
Рис. 1. Зависимость прочности (а) и деформации при разрыве (б) композитов на основе СЭВА от содержания частиц при размере: 40-60мкм - (1), 100-160 мкм - (2).
При сохранении характера растяжения композитов в исследуемом интервале содержаний жестких частиц их прочностные свойства можно проанализировать, используя уравнение, полученное в рамках модели минимального эффективного сечения [3, 4]:
= (1 _ Пу)П\
где СГт - прочность матрицы, р - параметр формы, равный 1 для кубических и 1.21 для сферических частиц.
На рис.2, представлены экспериментальные значения СТС исследуемых систем в координатах уравнения (1), СТС/ СТт- Уг . Они описываются прямыми линиями. Анализ прочности при разрыве композитов, проведенный в рамках модели минимального эффективного сечения, показал, что экспериментальная зависимость СТС/ От — VI-т в случае СЭВА с частицами с сЗ=40-60 мкм удовлетворительно описывается уравнением (1), а при ведении частиц с с!—100-160 мкм нет. В последнем случае характеристики снижаются быстрее теоретически ожидаемых.
При микроскопическом анализе разрушенных образцов с одинаковой концентрацией наполнителя Уг=3 об. % было установлено, что в материале с ЙЮг с с!=40-60 мкм поры, образующиеся при отслоении частиц от матричного полимера, имеют форму вытянутого вдоль оси вытяжки овала. Данный вид дефектов не опасен и не приводит к преждевременному разрушению материала [5].
Рис. 2. Теоретическая (1) и экспериментальные (2,3) зависимости, представленные в координатах уравнения (1). Расчет зависимости (1) произведен при значениях р =1.21; зависимости (2) для размера 40-60 мкм (1=1.8; зависимости (3) для размера 100-160 мкм р=3.4.
В композитах с размером частиц 100-160 мкм наблюдалось два вида дефектов: овальные и ромбовидные поры Створки ромбовидной поры имеют форму клина. По сути, это растущая микротрещина, развивающаяся в трех направлениях - вдоль оси растяжения, цо ширине и по толщине материала. Она, как нож, разрезает образец, что приводит к преждевременному его разрушению [5].
Из результатов микроскопического анализа, следует, что размер частиц предопределяет форму дефектов, образующихся в ходе растяжения материалов. При использовании частиц с <1=40-60 мкм поры имеют овальный вид, а в случае частиц с с!=100 -160 мкм ромбовидный. Это предопределяет
различные механические характеристики композитов. Деформационные свойства материалов, наполненных более крупными частицами, снижаются быстрее, чем при введении частиц меньшего размера. Из взаимосоответствующих поверхностей разрушенных образцов следует, что при использовании Si02 с d=40-60 мкм композит разрушился при объединений (слияний) овальных пор. В случае частиц с d=100-160 мкм наблюдается разрыв по ромбовидной поре.
Таким образом, влияние размера, частиц наполнителя на механические свойства полимеров связано с формой пор, образующихся при отслоении частиц. Вблизи частиц с меньшим размером формируются овальные поры, которые не приводят к преждевременному разрушению материала. При наполнении полимеров крупными частицами образуются опасные ромбовидные дефекты, развитие которых способствует более быстрому разрушению композитов.
Библиографические ссылки
1. Соломко В. П. Наполненные кристаллизующиеся полимеры. Киев: Нау-кова Думка., 1980.
2. Механизмы разрушения и прочность полимерных композиционных материалов / С.Л. Баженов [и др.]; // ЖВХО, 1989. Т.34. №5. С. 536-544.
3. Нильсен Л.Е. Механические свойства полимеров и полимерных композиций. M..: Химия, 1978.
4. Smith, T.L. // Trans. Soc. Reology, 1959. V. 3. P.l 13.
5. Влияние размера частиц на форму образующихся дефектов в дис-перснонаполненном композите. / O.A. Серенко [и др.]; //Ж-л Высокомолек, Соединения, 2005. А. Т. 47. №1. С. 64-72.
УДК 678.742.3
Р. А.Евсеев, Осама Аль Хело, Т. П. Кравченко, В. С. Осипчик Российский химико-технологический университет им Д.И.Менделеева, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
НАНОКОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА
The coeffifients of linear thermal extention of nanocomposes in base of polipropilene were researched, the dependence this mark from type of filler and modifier is also shown.
Изучены коэффициенты линейного термического расширения композитов на основе полипропилена, показана зависимость данного показателя от вида наполнителя и модификатора.
