Активного наполнителя

Запись диаграмм циклического и статического деформирования должна быть автоматической с использованием двухкоординатных приборов. Диаграммы статического растяжения записывают при той же скорости активного нагружения, что и при циклическом деформировании, причем измерение деформаций выполняют на той же базе. Запись диаграммы циклического деформирования осуществляют в процессе испытания с периодичностью, зависящей от свойств металла.

В настоящее время разработано три различных подхода для анализа нелинейного поведения слоистых композитов. Использование этих подходов за пределами упругой области правомерно только для активного нагружения. Перечислим эти подходы в порядке возрастания сложности.

активного нагружения и деформацию ползучести при выдержке. Этим компонентам может быть приписана ответственность за накопление материалом тех или иных повреждений. Так может быть сделано предположение, что доля усталостного повреждения зависит только от величины пластической деформации при активном нагружении, а доля длительного статического повреждения — от суммарной необратимой деформации. При этом для всех случаев испытаний, кроме испытаний по схеме рис. 1.2.1, г, получено (точки 1) несколько меньшее поле рассеяния величин накопленного повреждения (рис. 1.2.2, б). Однако образцы, испытанные по режиму, приведенному на рис. 1.2.1, г, дают малые значения накопленного повреждения (точки 3), что исключает использование такого подхода при оценке длительной малоцикловой прочности.

нагружение с выдержками либо при растяжении — сжатии (рис 1.2.4, а), либо только при сжатии (рис. 1.2.4, б) в условиях промежуточного между ползучестью и релаксацией нагружения. Длительность цикла активного нагружения 1 мин, выдержек 3 мин. Как показывают экспериментальные данные (см. рис. 1.2.4), при наличии в цикле выдержек наблюдается весьма существенное изменение напряжений и деформаций, ^причем накопленная деформация может превышать заданный размах в 2—3 раза и более. Расчет длительной: малоцикловой прочности в соответствии с кинетическими деформационными критериями в форме уравнений (1.2.8), (1.2.9) дает для рассматриваемого случая нагружения хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных (таблица 1.2.1). На рис. 1.2.2, б показаны величины накопленного повреждения для режимов нагружения с выдержками при растяжении и сжатии, а также только при сжатии (точки 4). Характерно, что новые данные укладываются в поле рассеяния точек, соответствующих испытаниям, проведенным в условиях мягкого и жесткого нагружений без выдержек и с выдержками при постоянном напряжении (точки 2). Для расчета величины повреждения использована зависимость располагаемой пластичности от времени, где &j (t) — пластическая деформация при статическом разры-

На рис. 2.3.10 в качестве примера приведены значения необратимых деформаций за полуцикл в четных и нечетных полуциклах при нагружении с выдержками стали ТС. Из рисунка видно, что функции FI (k) и Фг (k) близки между собой, т. е. необратимые деформации активного нагружения и ползучести изменяются с числом циклов подобно.

Таким образом, полная необратимая деформация в полуцикле может быть представлена в виде суммы деформаций активного нагружения и ползучести

На рис. 2.3.9 приведена схема кривых длительного циклического деформирования для (k — 1) и k-то полуцикла при наличии выдержек, основанная на изложенной выше простейшей модели. Здесь предполагается существование обобщенной диаграммы длительного циклического деформирования, аналогичной диаграмме циклического деформирования при нормальной температуре [63, 235]. Будем считать, что на участке активного нагружения и ползучести текущие значения необратимой деформации eW на некотором уровне напряжений а равны значениям полных необратимых деформаций на этом уровне напряжений. На рис. 2.3.9 зона разгрузки в полуцикле (k — 1) соответствует напряжениям а <С <С o"min, зона нагружения — напряжениям S ^> 0min. ЛИНИЯ 1 относится к кривой мгновенного нагружения, т. е. нагружения со скоростью, когда временные эффекты не могут проявиться. Линия 2 — кривая активного нагружения, а линия 3 — огибающая, проходящая через значения необратимой деформации в циклах нагружения с выдержкой. длительности т.

Изучение сопротивления длительному циклическому деформированию [232, 242] показывает, что для случая циклического деформирования с выдержками под нагрузкой, т. е. при сочетании циклического деформирования и ползучести, можно сделать простейшее предположение о том, что внутри /с-го полуцикла для условий активного нагружения и температурной выдержки реологическое уравнение состояния может быть сведено, как и при циклическом нагружении с различными частотами, к уравнениям деформационной теории в форме гипотезы старения.

Если исходить из указанного выше предположения, то на участке активного нагружения в k-u полуцикле при общем времени деформирования t для напряжения S, отсчитываемого от начала

Изохронные кривые для данного полуцикла деформирования зависят от предыстории циклического нагружения, которая проявляется прежде всего через функцию общего времени деформирования, учитывающую частоту активного нагружения, а также наличие или отсутствие выдержек.

занных выше экспериментов. Кривые для времени 0,25 мин соответствуют активному нагружению без выдержек, они, по-видимому, близки к кривым мгновенного нагружения, когда время в цикле может не учитываться. Эти кривые для различных чисел циклов представляют собой обобщенные кривые циклического деформирования и могут быть названы изоциклическими кривыми. Важно отметить, что для испытанного материала, как видно из рис. 2.3.13, а, после третьего полуцикла нагружения наступает стабилизация диаграммы деформирования и изоциклические кривые не зависят от того, протекала ли в предшествующем полуцикле ползучесть или выдержка отсутствовала. На рис. 2.3.13, а показано, что кривые активного нагружения (время нагружения мало) в полуциклах, которым предшествовала выдержка (черные точки), не отличаются от таких кривых при отсутствии выдержки в предшествующем полуцикле (светлые точки). Тем самым подтверждается принятая схема образования кривых длительного циклического деформирования.

САЖА БЕЛАЯ — условное назв. тонкодисперсной аморфной двуокиси кремния SiO2, применяемой в качестве активного наполнителя резин, смесей на основе нек-рых каучуков спец. назначения (напр.,

Колихман и Стронг [26] показали также, что свойства отвердителя и активного наполнителя оказывают большое влияние на радиационную стойкость эпоксидных смол. Наилучшая радиационная стойкость была получена при использовании в качестве отвердителей таких ароматических соединений, как метафенилендиамин и диангидрид пиромелитовой кислоты. Данные, полученные Колихманом и Стронгом, показывают, что эпоксидные пластики с высокой температурой термического разрушения более устойчивы по отношению к излучению, чем пластики с более низкой температурой термического разрушения. Использование отвердителей, содержащих диангидрид пиромелитовой кислоты, способствует образованию эпоксидных пластиков с высокой температурой термического разрушения (260—302° С). Облучение такой системы максимальной дозой 1010 эрг!г понижает температуру термического разрушения с 302° С примерно до 288° С.

Вскрытие ячеек осуществляли следующим образом: изготавливали образцы-пластины 4x4x16 см. В каждый из них строго по счету помещали 18 зерен активного наполнителя. Щелочи вводили в количестве 3,5% от веса цемента. После затвердения образцы шлифовали и полировали до тех пор, пока все зерна активного наполнителя не были срезаны на достаточную глубину с обеих сторон пластин. На торцевые поверхности предварительно наклеивали упоры для измерения деформации образцов.

Рис. 2. Расширение образцов со вскрытыми зернами активного наполнителя: I - образцы при 95-100$ относительной влажности; 2 - то же, со вскрытыми зернами; 3 - образцы в жидком стекле; 4 - то же, со вскрытыми зернами

Равновесный модуль зависит гл. обр. от степени поперечного сшивания (вулканизации). Неравновесная часть модуля, как и внутр. трение, существенно зависит ог числа полярных групп в цепи каучука и от количества активного наполнителя, т. е. от характера и интенсивности межмолекулярного взаимодействия. С понижением темп-ры, возрастанием частоты и скорости деформации неравновесная часть модуля Е1 и механич. потери возрастают, достигая максимума при переходе сеточного П. в стеклообразное состояние. В табл. 1 приведены нек-рые динамич. хар-ки различных сеточных П. с равновесным модулем Ех^ =9 кг/см2, определенные методом самопроизвольного сокращения при 20°. Возрастание Еа с увеличением полярности каучука иллюстрирует роль межмолекулярного взаимодействия во внутр. трении этих П. (Т„ определена при самопроизвольном со^ кращении, т. е. при скорости деформации порядка 103 сек"1).

Используемые в настоящее время твердые наполнители делятся на дисперсные и волокнистые {Л. 76]. В зависимости от химической природы полимера дисперсные наполнители могут быть разделены на активные, улучшающие свойства полимера, и пассивные, введение которых в основном преследует цель снижения стоимости изделия. Активные наполнители '(металлы, кварц, стекло) обладают высокой поверхностной энергией (см. гл. 4), т. е. полностью смачиваются почти всеми чистыми жидкостями. Введение активных наполнителей в полимеры оказывает на них усиливающее действие, что связано с эффектом ориентации структурных элементов полимера вокруг частиц наполнителя [Л. 77]. Каждая частица активного наполнителя,

В работе (Л. 83], выполненной с целью получения теплопроводных материалов для изготовления теплообменных аппаратов в химической промышленности, основное внимание акцентируется на механизме структурирования полимера под влиянием активного наполнителя. Исследовались системы графит—бакелитовая смола и графит — поливинилхлорид. Установлено, что при содержании в полимере около 80% графита по весу наблюдается оптимум важнейших свойств конечного продукта. Так, теплопроводность графито-бакели-товой композиции достигает величины около 40 Вт^(м-°С). Это явление получило название «эффекта высокого наполнения». Резкое возрастание теплопроводности при переходе к высоконаполненным ком-

Деформаций эластомер может испытывать упругие и высокоэла-стичные деформации. Это явление называется механическим стеклованием (соответствует температуре $с.м) в отличие от структурного стеклования при температуре Ф^, характерного замораживанием при отсутствии механических воздействий. Во всех случаях f^. M J> Ф^. с. Эластомеры в стеклообразном состоянии ведут себя подобно нехрупким металлам. Каучуки, на основе которых изготовляются резины, делятся на кристаллизующиеся и некристаллизующиеся при низких температурах. Свойства резин этих двух групп существенно отличаются. В уплотнительной технике применяются преимущественно некристаллизующиеся наполненные резины. Зависимость прочности наполненных некристаллизующихся резин показана на рис. 31, г (кривая 2). Введение активного наполнителя смещает максимум прочности резины с температуры стеклования ^ почти на всю область эксплуатации материала. Причины этого явления рассматриваются в различных теориях упрочнения резин [19, 4, 42, 48].

Наполнители подразделяют на активные (сажа, оксид кремния) и инертные (мел, тальк и др.). Активные наполнители в виде специально подготовленного высокодисперсного порошка взаимодействуют с молекулами каучука и повышают прочность резины. Инертные наполнители удешевляют резину, не повышая ее прочности. В сырую резину вводят регенерат (8 - 30 %) — мелкоизмельченные отходы и старые резиновые изделия, что тоже ее удешевляет. Чем больше содержание активного наполнителя и вулканизатора, тем выше прочность, модуль упругости и потери на гистерезис. Чем больше содержание пластификатора, тем слабее межмолекулярное взаимодействие, ниже прочность и меньше потери на гистерезис.

В настоящей работе проведено реологические исследования наполненных эпоксидно-каучуковых смесей, где путем изменения химической природы эпоксидных олигомеров и жидких каучуков менялось их сродство, которое оценивалось по разности величин параметров растворимости. Характер образующейся структуры оценивался по кривым течения композиций, а также по величине энергии активации вязкого течения. Были исследованы реологические свойства смесей неотвераденных олигомеров, а также системы, наполненные порошком алюминия со сферической формой частиц. Обнаружено, что величина относительной вязкости (отношение вязкостей наполненного и чистого олигомеров) для систем с бутадиеннитрилышми каучуками падает с увеличением содержания в них акрилонитрила. Показано, что в плохо совместимых наполненных олигомерах образуется коагуляцион-ная структура из-за отсутствия на поверхности твердой фазы достаточно эффективного адсорбционного слоя, способного препятствовать контактам между частицами. Выявлено влияние активного наполнителя на механические свойства наполненных материалов, предложен способ оценки их прочностных характеристик. Показано,-что введение алюминия в смесь эпоксидной смолы с бутадиеннитрилышми каучуками с близкими значениями параметров растворимости приводит к упрочнению полимерной матрицы.

Равновесный модуль зависит гл. обр. от степени поперечного сшивания (вулканизации). Неравновесная часть модуля, как и внутр. трение, существенно зависит от числа полярных групп в цепи каучука и от количества активного наполнителя, т. е. от характера и интенсивности межмолекулярного взаимодействия. С понижением темп-ры, возрастанием частоты и скорости деформации неравновесная часть модуля Е, и механич. потери возрастают, достигая максимума при переходе сеточного П. в стеклообразное состояние. В табл. 1 приведены нек-рые динамич. хар-ки различных сеточных П. с равновесным модулем Е00 = = 9 кг/см2, определенные методом самопроизвольного сокращения при 20°. Возрастание Еа с увеличением полярности каучука иллюстрирует роль межмолекулярного взаимодействия во внутр. трении этих П. (Т„ определена при самопроизвольном сокращении, т. е. при скорости деформации порядка 103 сек.-'1).