Прочность характеризует способность тел противостоять какому-либо виду разрушения. В данном случае речь идет о механической прочности, а значит о противостоянии материалов механическому разрушению. Разрушение может происходить при различных видах механического воздействия, поэтому существует большое количество характеристик прочности материалов.
Опубликовано в Прочность наполненных полимеров
Для понимания сложных процессов, происходящих при деформировании и разрушении наполненного полимера, необходимо вспомнить теорию прочности, основоположником которой является Гриффит, а ее продолжателями Журков, Эндрюс. Теория основана на сопоставлении упругой энергии, высвобождающейся при распространении трещин, с энергией, затрачиваемой на создание новой поверхности при образовании этих трещин.
Согласно этой теории разрушение твердых тел происходит постепенно через три стадии: зарождения трещин, их стабильный рост и катастрофический рост трещин, означающий разрушение материала.
Опубликовано в Прочность наполненных полимеров
В композите частицы наполнителя практически не деформируются вместе с полимерной матрицей из-за большой разницы в модулях упругости компонентов. Следовательно, в процессе деформирования на границе полимер – наполнитель возникают перенапряжения, способствующие появлению трещин в матрице. Кроме того, в случае невысокой адгезии между компонентами может происходить отслаивание полимера от наполнителя при деформировании ПКМ. Таким образом, при деформировании материала частицы наполнителя являются источником дефектов и трещин в полимере. Наличие таких трещин и отслоений полимера от наполнителя хорошо видно при помощи микроскопии в растянутых композитах . Размер этих трещин и отслоений пропорционален размеру дисперсных частиц. Если размер частиц наполнителя меньше критического, то образующиеся трещины или отслоения также меньше критического и не вызывают разрушения материала. Вместе с тем, на отслоение полимера от наполнителя и образование микротрещин тратится приложенная к образцу энергия. В результате диссипации энергии в объеме композиции её прочность повышается. Поэтому введение высокодисперсного наполнителя повышает прочность полимера (рис.).
Опубликовано в Прочность наполненных полимеров
Работа разрушения w – это энергия затрачиваемая на разрушение полимера. Она может быть оценена по площади под кривой зависимости нагрузки от деформации ? = f(?) при соответствующем виде деформации:
Опубликовано в Прочность наполненных полимеров
Температуру, при которой полимер утрачивает возможность к вынужденно-эластической деформации и разрушается хрупко, считают температурой хрупкости Тхр. Этой температуре соответствует равенство предела текучести пределу прочности композита (?т = ?). Уменьшение разницы между пределом текучести и прочностью полимера означает повышение Тхр. Введение грубодисперсных наполнителей повышает предел текучести полимеров и снижает предел прочности, в результате температура хрупкости полимера при наполнении существенно повышается. Высокодисперсные наполнители несколько повышают предел прочности полимеров, но очень сильно (из-за высокой удельной поверхности) повышают предел текучести, в результате температура хрупкости полимера и в этом случае повышается.
Опубликовано в Прочность наполненных полимеров
Влияние размера частиц наполнителя, адгезии между полимером и наполнителем и удельной поверхности наполнителя на прочность композиций уже было рассмотрено тут.
Качество диспергирования и распределения наполнителя. Агломераты являются довольно крупными образованиями наполнителя и поэтому при деформировании композита вызывают образование в его матрице крупных трещин, снижающих прочность материала. Кроме того, агломераты являются непрочными образованиями, и сами являются источником роста трещин. Поэтому ухудшение качества диспергирования наполнителя снижает прочность композита.
Опубликовано в Прочность наполненных полимеров