WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Яхьяева Хасайбат Шарабутдиновна

ОСОБЕННОСТИ РЕЛАКСАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

02.00.06 – Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Нальчик 2008

Работа выполнена в Дагестанском

государственном педагогическом уни­верситете

Научный руководитель

доктор физ.-мат. наук, проф.

Магомедов Гасан Мусаевич

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, проф.

Баженов Сергей Леонидович

доктор физ.-мат. наук, проф.

Кунижев Борис Иналович

Ведущая организация:

Московский педагогический

государственный университет

Защита диссертации состоится «12» декабря 2008 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.076.09 в Кабардино-Балкарском университете им. Х.М. Бербекова по адресу: 360004, Нальчик, ул. Чернышевского, 173

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при Кабардино-Балкарском университете им. Х.М. Бербекова

Автореферат разослан « » 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Борукаев Т.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одним из путей создания современных конструкционных материалов с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами является формирование слоистых металлополимерных композитов (МПК), состоящих из чередующихся слоев металла и пластика, армированного высокопрочными высокомодульными волокнами (органическими, арамидными, углеродными, борными, стеклянными). Прогресс современного машино- и приборостроения и авиационно-космической техники обеспечивается такими важнейшими свойствами современных полимерных композитов, как вибро- и трещиностойкость, ударопрочность, статистическая и динамическая усталость, связанными с их релаксационными свойствами. Данные свойства определяются способностью композитов рассеивать энергию при наложении внешних физических полей.

Динамический механический анализ полимеров и полимерных композиционных материалов (ПКМ) широко применяется как для исследования процесса отверждения и релаксационных свойств полимеров, так и структурных изменений в композитах на их основе. Релаксационные спектры ПКМ по результатам динамического механического анализа отождествлялись с поведением только полимерной матрицы (ПМ) и вопросам изучения анизотропии не уделялось должного внимания. Метод изгибных резонансных колебаний более эффективен при исследовании анизотропии релаксационных свойств однонаправленных ПКМ. В работе применены методы динамического механического анализа совместно с другими методами релаксационной спектрометрии для детального изучения анизотропии упругих и релаксационных свойств волокнистых и слоистых композитов с различной технологической пре­дысторией. Для достижения высоких характеристик нового материала ало­ра (алюмоорганопластика) по сравнению с традиционными сплавами алю­миния в качестве полимерного компонента выбраны высокопрочные высокомодульные органопластики (ОП) на основе арамидных и других органических волокон (ОВ), обладающие высокой удельной прочностью и жесткостью при растяжении в сочетании с большой вязкостью разрушения и специфическим взаимодействием между ПМ и ОВ.

Цель работы состояла в исследовании особенностей релаксационных свойств органопластиков, гибридных и слоистых МПК на основе пластин из алюминиевых, магниевых и медных сплавов, металлических сеток.

В соответствии с целью были поставлены задачи:

– изучение релаксационных свойств ОП и гибридных композитов;

– исследование особенностей релаксационных свойств слоистых МПК, в зависимости от природы, структуры и взаимодействия армирующего наполнителя, ПМ, а также металлических слоев, технологических режимов изготовления;

– изучение влияния физико-химической модификации на релаксационные свойства многослойных печатных плат (МПП);

– сравнения теоретических моделей и экспериментальных данных.

Научная новизна. В результате проведенных исследований релаксационных свойств органопластиков, гибридных и слоистых МПК получены следующие результаты:

  1. Обнаружены новые процессы релаксации в ОП вдобавок к процессам релаксации в ПМ и ОВ, связанные с двумя межфазными слоями и предложена четырехуровневая структурная модель органопластика;
  2. Установлена существенная анизотропия релаксационных и электрических свойств композитов в области проявления -процесса релаксации. Слоистые металлические компоненты уменьшают анизотропию релаксационных и электрических свойств композитов;
  3. Обнаружена мультиплетность процесса релаксации в фольгированных стеклотекстолитах (ФСТ), обусловленная возникновением граничных слоев при взаимодействии ПМ со стеклянными волокнами и медной пластиной;
  4. Слои ОП в составе металлоорганопластиков (МОП) способны эффективно выполнять функции усиления полимерной армированной матрицы и улучшения релаксационных характеристик композита;
  5. Сравнив теоретические модели и экспериментальные данные, были определены модели, адекватно описывающие упругие свойства композитов.

Практическая ценность

    • Разработаны рекомендации по выбору оптимальных способов физико-химической модификации и технологических режимов изготовления волокнистых и слоистых МПК с высокими релаксационными и физико-меха­ни­чес­кими характеристиками.
    • На основе исследований методами крутильных и изгибных колебаний предложены методики оценки прочности адгезионной связи компонентов ОП и МОП.
    • Определены температурные интервалы эксплуатации анизотропных полимерных композитов, которые существенно различаются для материала в зависимости от угла между направлениями армирования и приложения нагрузки.
    • Сравнив данные экспериментов с теоретическими моделями, выделены модели, адекватно описывающие упругое поведение композитов для стеклообразного состояния.
    • Результаты работы внедрены на авиационных предприятиях, машиностроительной и электронной промышленности, используются при чтении спецкурса «Физика полимеров и композитов».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментальных исследований релаксационных свойств ОП, гибридных и слоистых МПК, МПП;

2. Обнаружение анизотропии на основе исследований релаксационных упругих и электрических свойств, а также проявления i–процессов релаксации в композитах;

3. Взаимодействие армирующего органического стеклянного наполнителя, слоистых медных, алюминиевых и стальных пластин, сеток и ПМ приводит к возникновению межфазных (граничных) слоев, проявляющихся в появлении i-процессов релаксации;

4. Результаты теоретических расчетов моделей композитов и их сравнение с экспериментальными данными.

Апробация и внедрение. Результаты исследований обсуждались на: IV Международной конференции «Авиация и космонавтика – 2005» (Москва, сентябрь 2005 г.); IX Международной конференции по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры IX» (Одесса, сентябрь 2005 г.); Международной конференции, посвященной 70-летию член-корреспондента РАН И.К. Камилова «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (Махачкала, ноябрь 2005 г.); XII Международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Ярополец, Москва, февраль 2006 г., МАИ); III Всероссийской научной конференции по физико-химическому анализу, посвященной памяти профессора А.Г. Бергмана (Махачкала, апрель 2007 г.); Региональной научно-практической конференции «Молодые ученые – вклад в реализацию национального проекта «Развитие АПК»» (Махачкала, май 2007 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию ДГСХА «Образование, наука, инновационный бизнес – сельскому хозяйству регионов» (Махачкала, октябрь 2007 г.); IV Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (Нальчик, сентябрь 2008 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы из 178 наименований. Содержит 134 страницы текста, в том числе 20 рисунков и 7 таблиц.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, изданных в центральной, республиканской печати, в том числе 1 работа в рекомендованных ВАК изданиях.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, определены цели и задачи исследования, раскрывается научная новизна и практическая ценность исследований, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Глава первая посвящена анализу данных о структуре и релаксационных свойствах сетчатых полимеров, органопластиков и слоистых МПК на их основе. Межфазное взаимодействие волокнистого и слоистого наполнителя и полимера приводит к возникновению межфазных, граничных слоев и влияет на их молекулярную подвижность и физико-механические свойства. Волокнистые и слоистые МПК обладают высокой анизотропией структуры и свойств и их релаксационные свойства изучены недостаточно.

Во второй главе дается описание структурночувствительных методов релаксационной спектрометрии: динамического механического анализа (изгибных и крутильных колебаний), дифференциальной термической гравиметрии, электропроводности, а также стандартные методы определения упруго-прочностных характеристик. Использование различных методов позволяет получить более полную информацию о релаксационных, структурных и упруго-прочностных свойствах композитов, а также об их межфазном взаимодействии. Здесь же дана характеристика объектов исследования. Согласно цели исследования были выбраны: волокнистые композиты на основе эпоксидных полимеров и ОВ марок СВМ, терлон, армос, стеклянных волокон марок Э1-25 и Э1-30, слоистых композитов на основе алюминиевых, магниевых, медных, стальных пластин и сеток.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию релаксационных свойств слоистых МПК и содержит результаты теоретических расчетов моделей и их сравнение с экспериментом.

Для получения целостной картины релаксационных переходов МОП целесообразным представляется исследование релаксационных свойств каждого из компонентов: ПМ, армирующего волокнистого наполнителя, листового металла и композита в целом.

Анализ температурной зависимости динамического модуля упругости Е(Т) образцов (рис. 1б) позволяет утверждать, что чем выше метрический номер нити, тем больше Е. Вклад границы раздела фаз матрица-волокно в образце 1 больше, чем в других, поскольку больше поверхность контакта тонкого волокна с матрицей. Обнаружена зависимость температуры механического стеклования Т1 от макроструктуры наполнителя. В образцах с меньшим диаметром волокна площадь контакта матрица-волокно больше, объем пластифицированного межфазного слоя возрастает, что приводит к смещению Т1 матрицы в область низких температур. На кривых рис. 1а выявлены четыре процесса релаксации: 1 и 2-процессы связаны с размораживанием сегментальной подвижности в ПМ и армирующем тканом наполнителе, соответственно; процессы 1 и 2 релаксации связаны с возникающими межфазными слоями при взаимодействии между ПМ и армирующим наполнителем. На основе результатов эксперимента предложена четырехуровневая структурная модель органопластиков, структура и характеристика которых определяются природой компонентов и специфическими формами взаимодействия между ними.

Для определения влияния давления и структуры компонентов на релаксационные свойства ПКМ исследованы ОП, давление формования которых изменяется в пределах 0,5-0,8 МПа.

Рис. 1. Температурные зависимости tg-(а) и Е-(б) для ПМ 5-211-БН-(1)

и эпоксиорганопластиков на основе 5-211-БН и тканого наполнителя терлон:

1 – саржа 2/2, метрический номер 70-(1); 2 – полотно 1/1, метрический номер нити 34-(2); 3 – саржа 2/2, метрический номер нити 17-(3)

Представление экспериментальных данных в виде температурных зависимостей относительных модулей упругости Е/Е293 (рис. 2) позволяет корректно интерпретировать поведение компонентов композита. Поскольку образцы изготовлены на одном и том же связующем, то изменение Е в области температур 293-393К для этих материалов должна была быть одинаковой. Полученные расхождения Е/Е293 между ОП объясняются тем, что при взаимодействии компонентов композита меняется их структура, поскольку эти образцы изготовлены на различной тканевой основе. Поэтому вклад, вносимый ими в изменение структуры матрицы разный. Изменение давления формирования ОП существенно не влияет на их свойства. Низкое значение Е в высокоэластическом состоянии (Евэл) ПМ для образца 2 является следствием ее рыхлой структуры. Армирование тканями ТО-5 и ТО-7 существенно меняет структуру ПМ, она становится более жесткой и Евэл этих образцов значительно выше. В области высокоэластического состояния матрицы основная нагрузка внешнего поля реализуется на химических связях между компонентами ОП. Сравнив Е в данном состоянии, можно оценить качественно степень адгезионного взаимодействия между компонентами ОП. Из рис. 2 следует, что Е'вэл. образца 1 наибольший. Следовательно, наибольшая адгезионная прочность между компонентами реализуется в этом образце.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»