Критическое поверхностное

Моделирование условий зарождения основано на предположении, что критическое нормальное напряжение а должно превышать прочность сцепления частицы с матрицей. Это станет возможным, если

где /Сс — коэффициент интенсивности напряжений, а — коэффициент формы, асп — критическое нормальное напряжение и а — длина трещины. При экспериментальном определении Кс (рис. 1) это уравнение используют в том виде, в каком оно приведено выше, а при расчетах его преобразуют таким образом, чтобы можно было определить допустимую величину напряжений.

где (Ткрит — критическое нормальное напряжение;

Преимуществом КПП перед покрытием из сплава АК-4 является более высокое (в 3—6 раз) критическое нормальное давление при трении и более низкая (в 60 раз) скорость износа по сравнению с разупрочненным АК-4. Стендовые испытания показали хорошую работоспособность и высокие противоударные свойства поршней, покрытых композиционным покрытием, хотя при сравнении с упрочненным сплавом АК-4 скорость износа КПП в 2,5 раза выше.

где (Ткрит — критическое нормальное напряжение;

Таблица 15.3. Критическое нормальное разрушающее напряжение для некоторых материалов

Материал Критическое нормальное разрушающее напряжение, фунт/дюйм' Соответствующая критическая скорость удара, фут/с

Рис, 15.25. Схематичное изображение явления откола вследствие удара по поверхности пластины. (По работе [8]; адаптировано.) / — ударяемая поверхность; 2 — свободная поверхность пластины; 3 — сжатие; 4 — результирующая; 5 — отраженная волна растяжения; 6 — критическое нормальное разрушающее напряжение.

трим импульс сжимающего напряжения, проходящий через пластину в результате удара о левую поверхность, изображенный на рис. 15.25(&). Когда волна сжатия проходит через пластину и достигает ее свободной поверхности, она отражается от этой свободной поверхности в виде волны растяжения. Отраженная волна растяжения взаимодействует с падающей волной сжатия. Этот процесс изображен на рис. 15.25(с). На глубине 8 от поверхности с правой стороны пластины результирующее напряжение растяжения превышает критическое нормальное разрушающее напряжение, материал разрушается и от поверхности отлетает кусок материала. Чтобы произошел откол, максимальное сжимающее напряжение в падающей волне должно превышать критическое нормальное разрушающее напряжение материала.

где асг — критическое нормальное разрушающее напряжение, а0 — максимальное напряжение на фронте волны сжатия и А, — длина импульса. Скорость vs, с которой откалывающийся кусок отлетает от пластины, можно оценить по соотношению

— критическое нормальное давление общей потери устойчивости;

Ркр. к — критическое нормальное давление местной потери

где А — эмпирическая константа, YKP — критическое поверхностное натяжение растекания жидкости. В этом методе предполагается, что величина YKP характеризует только твердую поверхность. Используя обратно пропорциональную зависимость -уж от cos б для жидких переходных металлов на АЬОз, Эбергарт получил величину 1,05 Дж/м2, которая находится в разумном согласии с определенной Кинджери величиной 0,94 Дж/м2 (пересчитана на температуру 1773 К в предположении dyT/dT= —10~4 Дж/м2-К). Однако, как следует из недавно выполненного Ри [41] исследования системы Си — О/АЬОз и проведенного Бреннаном и Паском [5] анализа состояния поверхности сапфира в зависимости от температуры и газовой среды, величина поверхностного натяжения не постоянна. Поверхностное натяжение АЬО3 зависит от температуры и газовой среды, и поэтому в опытах по измерению YT эти условия должны быть оговорены.

--------критическое поверхностное натяжение 316

В 1969 г. Цисман [55] обобщил и проанализировал новые данные о химии поверхности минеральных волокон в армированных композитах. Баском [5, 6] и Ли [27, 28], опубликовали данные о критических значениях поверхностного натяжения различных пленок силановых аппретов, осажденных на поверхностях минеральных волокон. Из сравнения этих величин со значением ус для стекла в сухой и влажной атмосфере следует, что можно регулировать степень смачиваемости поверхности стекла используя для ее обработки силаны, способные к гидролизу (табл. 2). Однако критическое поверхностное натяжение силановых аппретов, обычно применяемых в промышленности армированных пластикой, не превышает, 35 дин/см. Са-мым лучшим аппретом для поверхности

КРИТИЧЕСКОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ПЛЕНОК СИЛАНОВЫХ АППРЕТОВ, НАНЕСЕННЫХ НА СУБСТРАТ

Критическое поверхностное натяжение

КРИТИЧЕСКОЕ ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ И КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ

ем, термообработанных при 55 °С, свидетельствуют о том, что си-лан плохо смачивается смолами и водой. Из результатов исследований, проведенных Баском [6] и Ли [58], также следует, что при адсорбции юилановых аппретов на (поверхностях с высокой энергией, таких, как стекло, корунд и сталь (табл. 14), их критическое поверхностное натяжение уменьшается до (254-45) -10~5 Н/см. Эта величина значительно ниже YC чистого окисла или металлической поверхности.

2. Характеристики смол. Хорошая адгезия смолы к волокну возможна в том случае, если поверхностное натяжение смолы меньше, чем волокна, и, следовательно, его поверхность хорошо смачивается смолой. Например, поверхностное натяжение раствора эпоксидной смолы, такой, как диглицидиловый эфир бисфено-ла-А, в ацетоне (12,5 вес. %) составляет 23,3-10~5 Н/см .[28], т. е. меньше поверхностного натяжения борного и графитового (Thor-nel-50, обработанного в HNO3) волокон, для которых оно равно соответственно ~38-10~5 Н/см и ~25-Ю-5 Н/см. Удаление ацетона из раствора смолы и ее отверждение приводят к увеличению ее поверхностного натяжения. Так, критическое поверхностное натяжение отвержденной аминами эпоксидной смолы бисфенола-А составляет 45-Ю-5 Н/см [20]. Если учесть, что для необработанного волокна Thornel-50 оно почти равно нулю, то поверхностное натяжение смолы, равное 45-10~5 Н/см, будет слишком велико, чтобы происходило смачивание поверхности графита. После окисления азотной кислотой поверхностное натяжение волокна Thornel-50 повышается до (20-=-30) -Ю-5 Н/см [23], приближаясь к поверхностно'му натяжению эпоксидной смолы. Благодаря этому у композитов с окисленными в HNO3 графитовыми волокнами Hitco HMG-50 прочность на сдвиг возрастает до 6 кгс/мм2, в то время как у композитов с необработанными волокнами она составляет 2,45 кге/мм2 [88]. Энергия разрушения поверхностей с повышенной активностью явно приближается к поверхностной энергии разрушения эпоксидных смол.

Критическое поверхностное натяжение волокон см. Поверхностное натяжение критическое волокон

где YK — критическое поверхностное натяжение субстрата.

Эмпирическим путем выявлена [Л. 102] линейная зависимость между значениями cos ср и уь Для каждого гомологического ряда жидкостей, при этом в каждом случае обнаруживается критическое поверхностное натяжение YK, которое определяется экстраполяцией зависимости coscp=/(ViJ к значению cos
Из-за быстрого отверждения и низкого коэффициента диффузии в неметаллической матрице (исключение составляют органоволокниты) в КМ нет переходного слоя между компонентами. Связь между волокнами и матрицей носит адгезионный характер, т.е. осуществляется путем молекулярного взаимодействия. Прочность связи, характеризуемая параметром го? (Г0 —'прочность сцепления, ? — коэффициент контакта), повышается с увеличением критического поверхностного натяжения волокна (стс). Для обеспечения высокой прочности связи между компонентами необходимо полное смачивание волокон (которое достигается, например, растеканием жидкого связующего по поверхности волокон); при этом поверхностная энергия волокон должна быть больше поверхностного натяжения жидкой матрицы. Однако для жидких эпоксидных смол, обладающих лучшей адгезией к наполнителям среди других полимеров, поверхностное натяжение составляет 5,0 • 10~5 Дж/м2, тогда как для углеродных волокон оно находится в интервале (2,7 — 5,8) • 10~5Дж/м2, а дла борных равно 2,0 • 10~5 Дж/м2. Поверхностную энергию волокон повышают различными методами обработки их поверхности: травлением, окислением, вискеризацией. Например, после травления борных волокон в азотной кислоте их критическое поверхностное натяжение достигает сотен джоулей на квадратный метр. На рис. 14.32 видно, что благодаря травлению поверхностное натяжение борного волокна увеличивается и параметр TQ? резко возрастает. Это свидетельствует об увеличении прочности связи между волокном и матрицей.