Композитов составленных

Далее описан правдоподобный метод исследования поведения поверхностных слоев и указано, что для композитов, содержащих волокна бора, современные экспериментальные методы позволяют обнаруживать изменения поверхностных перемещений на отрезках, меньших, чем промежуток между волокнами. Следовательно, в нашем распоряжении имеются средства для изучения некоторых довольно тонких деталей поведения композитов, таких, как локальные распределения деформаций в матрице.

Систематическое исследование волокнистых композитов с применением двоякопериодических функций можно найти в работе Куршина и Фильштинского [104]. Они рассмотрели задачу о растяжении изотропной пластины, ослабленной двоякоперио-дической системой круговых отверстий. Впоследствии эти результаты были распространены на композиционные материалы (Филынтинский [38], Григолюк и др. [54], Григолюк и Фильш-тинский [55, 56]). С 1965 г. Ван Фо Фы (Ванин) и его соавторы стали систематически применять двоякопериодические функции. Сначала задача была поставлена в общем виде (Ван Фо Фы и Савин [154], Ван Фо Фы [145]). Затем Ван Фо Фы указал точные и приближенные выражения для модулей сдвига [146], а также для других эффективных модулей [147—152]. Ван Фо Фы рассматривал и композиты, содержащие полые волокна [148, 150]. Распределение напряжений дается в работах Ван Фо Фы и Клявлина [153], Клявлина [100, 101], Францевича и Карпиноса [51, первые девять глав]. Наконец, следует заметить, что в работе Мейерса [118] были получены некоторые результаты для композитов, содержащих жесткие волокна.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИЭФИРНЫХ КОМПОЗИТОВ, СОДЕРЖАЩИХ РАЗЛИЧНЫЕ НАПОЛНИТЕЛИ И С-СИЛАН1)

В композитах, предназначенных для работы при высоких температурах, на основе полиимидов и полибензимидазолов, используются более термостойкие аппреты типа ам'инофенилсилана, смешанного вторичного алкилариламиносилана и хлорметилфенилеи-лана [14]. Значительное внимание уделяется созданию высокотемпературных композитов, содержащих силановые аппреты, на основе других смол '[12].

Несмотря на то что данные об улучшении электротехнических свойств композитов, содержащих двуокись титана (табл. 18), по сравнению с многочисленными результатами по обработке поверхности глин [2, 4] представляют пока в основном теоретический интерес, обнаруженный эффект может иметь и большое практическое значение. Действительно, благодаря силану диэлектрические потери в условиях повышенной влажности уменьшаются в 10 раз по сравнению с почти проводящими контрольными образцами.

Систему, содержащую двуокись титана, удобно использовать для наглядной демонстрации взаимодействия между силаном и наполнителем. Например, изгибая образцы, можно увидеть разницу в степени <белизны в точке максимального напряжения и после возвращения в исходное состояние. Для материалов, не содержащих силана, степень белизны после снятия напряжения меняется в широком интервале, в то время как в образцах, обработанных силаном, это менее заметно. Аналогично можно показать, что разогрев материала, не содержащего силана, при многократном изгибании значительно больше, чем у композитов из сшитого полиэти-

Свойства эластомеров, наполненных двуокисью кремния, значительно улучшаются при введении 1—1,2% (от массы полимера) Н-силана в процессе размола (табл. 26). Так, модуль упругости при растяжении композита увеличивается на 150—300%, остаточная деформация снижается на 30—40%, а сопротивление истиранию (по Пико) возрастает на 55—70%. Таким образом, с помощью силановых аппретов можно повысить механические свойства, которые характерны для композитов, содержащих несажевые наполнители. Такие композиты используют для изготовления целого ряда транспортных средств и механизмов.

Для достижения оптимальных механических характеристик полимерных композитов, содержащих минеральные наполнители, необходимо выполнение противоречивых требований к поверхности раздела полимер — наполнитель (гл. 2):

В табл. 1 приведены расчетные данные для площади поверхности волокон в 100 см3 композитов, содержащих 60 об. % различных волокон. Эти значения получены с учетом разницы плотности волокон и являются наиболее важными для характеристики общей площади поверхности раздела, на которой образуется адгезионная связь.

Недавно были опубликованы несколько работ по определению энергии разрушения композитов, содержащих дисперсные частицы в полимерной матрице [9, 22, 40]. Связь между энергией разрушения и объемным содержанием дисперсных частиц, как отмечено в [40] и показано на рис. 6, наиболее существенно заметна в системе эпоксидная смола — А1203-ЗН20. Положение максимума на рис. 6 зависит от размера дисперсных частиц. Уменьшение энергии разрушения ниже этого максимума было объяснено неэффективным взаимодействием при близком расположении частиц, т. е., когда частицы были расположены слишком близко друг к другу, композит представлял собой сплошную среду и фронт трещины не взаимодействовал с отдельными частицами. Еще один результат этого исследования состоял в том, что аналогично системе стекло — А1203 наибольший размер дисперсных частиц приводит к наибольшему увеличению энергии разрушения.

По-видимому, форма частиц не оказывает влияния, если только она не связана с их ориентацией в процессе изготовления. В работе [54] исследован модуль упругости системы MgO — графит. При этом различные цилиндрические образцы из композита содержали шарики, чешуйки или короткие волокна графита. Как чешуйки, так и волокна в процессе изготовления приобретали преимущественную ориентацию. Для направлений, в которых дисперсные частицы были случайно ориентированы, т. е. направлений, перпендикулярных к оси цилиндра, величины Ес близко совпадали для композитов, содержащих три различные формы частиц. В направлении, параллельном оси цилиндра, для композитов с чешуйками или волокнами величина Ес была меньше (на 8 % для чешуек и до 20 % для волокон) вследствие их преимущественной ориентации в этом направлении

Как было рассмотрено выше, для слоистых композитов, составленных из упрочняющих элементов с показателем распределения дефектов т, колеблющимся от 6 до 10, максимальная прочность достигается, когда число элементов измеряется только в сотнях* С увеличением размера за этот предел значения равномерно, но относительно медленно падают — грубо на 10% при увеличении размера вдвое. Как видно из табл. IV, для слоистых композитов с максимальной прочностью при докритическом росте трещины необходимо разрушение от 3 до 4 соседних элементов, чтобы началось неустойчивое разрушение. Для композитов с высококачественными элементами (т > 15) это число уменьшается до 2 соседних разрушенных элементов *). Предполагая, что эти критические длины трещин не меняются значительно с увеличением размера, можно вывести простое выражение для прочности слоистых композитов. Если для начала неустойчивого разрушения необходимо разрушение только трех соседних элементов в результате коррелированных статистических процессов, то вероятность разрушения слоистого композита, определяемая уравнением (30), упрощается;

ключенных в матрицу. У композитов, составленных из однонаправленных слоев, уложенных под заданным углом друг к другу, наблюдаются следующие виды разрушения:

К аналогичным выводам можно прийти и при рассмотрении композитов, составленных из металлических матриц и металлических волокон. Здесь в качестве примера рассмотрены следующие композиции: рис. 5,0 — алюминий — борво-локно, покрытое карбидом кремния; рис. 5, г — никель — карбид ниобия (материал получен отверждением в одном направлении); рис. 5, д — полимерный бетон.

В гл. 2 внимание сосредоточено на особенностях поведения композита с хрупкой полимерной матрицей, вызванных появлением и развитием системы микротрещины во всем объеме связующего. Именно эти процессы в основном ответственны за проявление композитами с хрупкой полимерной матрицей неупругих свойств. В главе обосновывается одна из возможных моделей деформирования и разрушения многослойных композитов при плоском напряженном состоянии. Развиваемую модель можно отнести к числу структурно-феноменологических. Феноменологический подход используется для описания поведения однонаправленного композиционного материала (монослоя), структурный — для рассмотрения многослойных композитов, составленных из разноориентированных монослоев. Основные

Описанная в § 2.3 модель поведения монослоя может быть применена для анализа процессов деформирования и разрушения многослойных композитов, составленных из нескольких разноориентиро-ванных монослоев. Будем считать, что на всех этапах деформирования композита связь его слоев идеальна, т. е. деформации всех слоев в системе координат композита (х, у) одинаковы и равны средним деформациям композита в целом.

Как показывают результаты экспериментов, это предположение вполне оправдано, по крайней мере, для многослойных композитов, составленных из небольшого числа групп (до 4—5) разноориентиро-ванных слоев.

Поведение многослойных композитов, составленных из почти линейно упругих однонаправленных слоев, часто оказывается качественно значительно более сложным, чем поведение составляющих их слоев. В зависимости от структуры материала и вида напряженного состояния характер диаграмм деформирования и прочность материала могут меняться в широких пределах.

В гл. 2 внимание сосредоточено на особенностях поведения композита с хрупкой полимерной матрицей, вызванных появлением и развитием системы микротрещины во всем объеме связующего. Именно эти процессы в основном ответственны за проявление композитами с хрупкой полимерной матрицей неупругих свойств. В главе обосновывается одна из возможных моделей деформирования и разрушения многослойных композитов при плоском напряженном состоянии. Развиваемую модель можно отнести к числу структурно-феноменологических. Феноменологический подход используется для описания поведения однонаправленного композиционного материала (монослоя), структурный — для рассмотрения многослойных композитов, составленных из разноориентированных монослоев. Основные

Описанная в § 2.3 модель поведения монослоя может быть применена для анализа процессов деформирования и разрушения многослойных композитов, составленных из нескольких разноориентиро-ванных монослоев. Будем считать, что на всех этапах деформирования композита связь его слоев идеальна, т. е. деформации всех слоев в системе координат композита (х, у) одинаковы и равны средним деформациям композита в целом.

Как показывают результаты экспериментов, это предположение вполне оправдано, по крайней мере, для многослойных композитов, составленных из небольшого числа групп (до 4—5) разноориентиро-ванных слоев.

Поведение многослойных композитов, составленных из почти линейно упругих однонаправленных слоев, часто оказывается качественно значительно более сложным, чем поведение составляющих их слоев. В зависимости от структуры материала и вида напряженного состояния характер диаграмм деформирования и прочность материала могут меняться в широких пределах.