WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Методами релаксационной спектрометрии проведено экспериментальное исследование релаксационных свойств органоволокнитов на основе ткани из ОВ СВМ и связующих на основе: ЭДТ-10; 5–211–БН; УП–2227. Определены динамические модули упругости Е и сдвига G, а также коэффициенты механических потерь tg. При определении этих величин образцы подвергались деформации изгиба и деформации кручения. Исследования образцов методом изгибных колебаний показали, что существенный вклад в формирование свойств пластика вносит армирующий элемент. При деформации кручения свойства пластика в стеклообразном состоянии определяются, в основном, свойствами ПМ и диффузного межфазного слоя. Армирующая ткань выступает в качестве компонента, слабо участвующего в формировании свойств материала.

Рис. 2. Температурная зависимость относительных модулей

упругости ОП, ПМ на основе клея ВК-41: ткань ТО-5, руд=0,5МПа -(1);

ткань ТО-6, руд=0,8МПа-(2); ткань ТО-7, руд=0,8МПа - (3)

По результатам исследования следует, что наибольшими Е и G обладают пластики на основе связующего 5-211-БН, наименьшими – на основе связующего УП-2227. В то же время наиболее высокотемпературным является связующее УП–2227, температура перехода которого равна Т1=429 К при частотах 0,9 Гц и Т1=453 К при частотах 300 Гц. Однако при оценке степени эффективного сшивания матрицы оказалось, наиболее высокотемпературное связующее обладает наименьшей степенью сшивания. Можно предположить, что при отверждении пластика на основе этого связующего ПМ и органический наполнитель менее всего оказывают взаимное влияние на формирование структуры. В формировании свойств значительную роль играют межмолекулярные взаимодействия и прежде всего водородные связи.

Для пластика на основе связующего 5–211–БН характерно сильное взаимодействие компонентов. Вследствие диффузии компонент связующего в ОВ происходит разрыхление последнего, чем и обусловлено некоторое уменьшение температуры размораживания молекулярной подвижности в волокнообразующем полимере. Изменение вида и частоты деформации влияет на Т1 матрицы и особенно сильно изменяется Т1 для пластиков на связующем ЭДТ–10. При деформации изгиба с частотой порядка 300 Гц Т1 = 428 К, а деформация кручения с частотой 0,6 Гц дает температуру перехода значительно ниже Т1=333 К.

Таблица 1

Динамические свойства органопластиков на основе различных

связующих (метод свободных крутильных колебаний)

Связующее

G·10-9,

Па

G·10-8,

Па

Т1,К

tg1

Т2,К

tg2

5-211-БН

I-режим

2,1

2,4

62,1

408

18

523

16

5-211-БН

II-режим

2,2

4,2

144

420

14

528

24

ЭДТ-10

1,75

2,3

63,9

333

15

523

23

УП-2227

1,57

0,856

21,9

429

36

533

17,5

I-й режим : 363К – 30 мин, 393К – 1 час, 423К – 4 часа;

II-й режим: 343 К – 30 мин, 393К – 1,5 часа, 533К – 2 часа

Для сравнения экспериментальных значений Е ОП с расчетными использованы известные в литературе теоретические и эмпирические соотношения. Хорошее согласие с экспериментом Е=12·109Па дают расчеты:

– трансверсального модуля упругости по модели, описываемой уравнением Халпина-Сяо-Нильсена

Ек=11,7·109 Па,

– продольного модуля – уравнение Хашина-Штрикмана

Ек=10,2·109Па.

На рис. 3 представлена tg(Т) как компонентов МОП, так и трехслойных МОП. Для однонаправленного ОП зависимость показывает наличие двух областей резкого изменения tg (1 и 2-процесс). В интервале температур 343-403 К происходит переход ПМ из стеклообразного в высокоэластическое состояние. Аналогичное физическое превращение происходит и в армирующем ОВ в области температур 503-563К. Вблизи 473К проявляются релаксационные пики механических потерь ('1 и '2-процессы). В этих же областях податливость материала возрастает, а Е монотонно уменьшается. Для другой слоистой компоненты МОП – алюминиевой пластины, до 453К механические потери остаются неизменными и далее монотонно возрастают. Релаксационные пики внутреннего трения не наблюдаются. В интервале температур
293-593К Е алюминиевой пластины незначительно изменяется, уменьшаясь от 6,01010 Па до 5,21010 Па. Наблюдаемые в области температур 343-403 К и 503-563 К главные 1 и 2-процессы релаксации ПМ и ОВ исходного ОП, в МОП проявляются недостаточно полно. Вместо этого в области 376-552 К наблюдается множественный размытый максимум механических потерь. Для МОП типа Al+ОП+Al (рис. 3, кривая 3) температуры пиков внутреннего трения смещены к высоким температурам на 10-15К по сравнению с ОП+Al+ОП (рис. 3, кривая 4). По отношению к 1-процессу исходного ОП аналогичный процесс образца ОП+Al+ОП смещен на 50К и для образца Al+ОП+Al на 60 К. Это связано с размораживанием сегментальной подвижности в ужесточенной поверхностями листового металла и волокнистого органического наполнителей, ПМ и взаимодействием между компонентами. Адгезионное сцепление между компонентами и значительное различие их коэффициентов термического расширения приводит к возникновению внутренних напряжений на границах металл-полимер и волокно-полимер, ужесточению структуры матрицы и повышению температуры -процесса.

Рис. 3. Температурная зависимость tg: компонентов МОП:

слоя однонаправленного ОП -(1), слоя алюминия-(2); трехслойного МОП:

два наружных слоя–пластины сплава алюминия, срединный слой–ОП -(3), два наружных слоя–ОП, срединный слой – пластина сплава алюминия -(4)

Наличие в металлокомпозите слоев ОП предполагает анизотропию их релаксационных свойств вследствие анизотропии самого ОП. Температура проявления главного релаксационного 1-процесса, обусловленного переходом ПМ композита из стеклообразного в высокоэластическое состояние, существенно различна для разных углов, уменьшаясь на 44 К при переходе угла от 0° к 90°.

Между областями проявления главных 1 и 2-процессов релаксации наблюдаются мультиплетные максимумы механических потерь, и связанные с ними релаксационные процессы. Плавное уменьшение Е в указанном интервале температур также свидетельствует о наличии этих процессов. Механизмом мультиплетности релаксационного процесса является размораживание сегментальной подвижности в граничных и межфазных слоях, сформированных при взаимодействии ПМ с волокнистым и слоистым наполнителями. Для Al+ОП+Al интенсивность проявления релаксационных процессов и анизотропия свойств выражены слабее, хотя характер их изменения аналогичен.

Из сравнения Е(Т) и tg(Т) МОП, где содержание волокнистого наполнителя меняется от одного до трех слоев следует, что чем больше объемное содержание волокнистого наполнителя, тем ниже интенсивность пика внутреннего трения 1-процесса релаксации и тем больше полуширина пика. Такое поведение релаксационных свойств данных материалов можно объяснить формированием межфазных слоев. В зависимости от объемного содержания волокнистого наполнителя доля межфазного слоя в ПМ меняется, а именно, чем больше степень наполнения, тем больше объем межфазного слоя. При определенной концентрации волокон в матрице она может полностью перейти в межфазный слой. При этом естественно в силу взаимодействия компонентов МОП меняется структура ПМ, либо частично у поверхности различных компонентов, либо по всему объему матрицы. Малая интенсивность, нечеткая выраженность 1 и 2-процессов при 443 К и 478 К для некоторых МОП, по-видимому, объясняется тем, что эти процессы проявляются вблизи главных релаксационных процессов и перекрываются с ними, с другой стороны они сглаживаются слоем металла. Поэтому с увеличением объемного содержания тканого наполнителя на основе волокон СВМ доля релаксаторов межфазного слоя в 1-процессе увеличивается, а сам процесс становится более размытым, увеличивается полуширина пика 1-процесса релаксации и, следовательно, матрица становится более гетерогенной.

При исследовании гибридных МПК, изготовленных на основе клея ВК-41, тканого наполнителя СВМ и металлической сетки (основа – сталь, уток – алюминиевые нити) обнаружены значительные внутренние напряжения, возрастающие с ростом температуры. Чем больше процентное содержание металла в МОП, тем больше внутренние напряжения. Они проявляются в виде деформаций изгиба и кручения, и в зависимости от угла существенно меняется характер их проявления. Наиболее заметное проявление этих напряжений обнаружено вдоль основы образца. Их наличие, по-видимому, связано с деформационной предысторией металлической сетки, поскольку в образце, где нет слоев металлической сетки, такие напряжения практически отсутствуют. Для данных материалов наблюдается значительная анизотропия Т1. Интересным фактом является то, что для всех образцов при =45° Т1=353 К. Это свидетельствует о том, что в данном направлении основную нагрузку при изгибных колебаниях на себе несет ПМ и вклад армирующих волокон в формировании свойств материала несущественен. Введение одного слоя металлической сетки смещает 1–процесс в область высоких температур на 20 и 50К соответственно для =0° и =90°. Это указывает на то, что клей ВК-41 хорошо взаимодействует с металлической сеткой, за счет чего меняется структура клея и, следовательно, температурное положение максимумов механических потерь. Для образцов с одной металлической сеткой и без нее при =0° наблюдаются два процесса релаксации, тогда как для образца с двумя сетками проявляется один размытый, широкий максимум механических потерь. Можно предположить, что введение металлической сетки меняет структуру не только ПМ, но и армирующего тканого наполнителя СВМ, приводя к потере индивидуальности полимерных компонентов пластика.

Исследования электрических и релаксационных свойств МОП проведены методом электропроводности и динамического механического анализа. Измерения объемной проводимости были произведены тераомметром
Е6-13 А с помощью специальной экранированной и заземленной установки в температурном интервале 293-550 К как в прямом, повышая Т, так и в обратном, понижая Т, направлениях (рис. 4). Обе серии образцов имеют очень низкую проводимость, характерную для диэлектриков (10-14 Ом-1м-1). С увеличением температуры проводимость образцов увеличивается.

Рис. 4. Температурная зависимость электропроводности lg(103/Т)

при повышении Т-(1) и при понижении Т-(2) и повторно через 3 суток

при повышении Т-(3) МОП со структурой: органопластик на основе

СВМ+сплав алюминия+органопластик (1 серия, а); сплав алюминия+

органопластик на основе армос+сплав алюминия (2 серия, б)

В температурном интервале 293-360 К (рис. 4а) наблюдается дуплетный максимум. Первый максимум, проявляющийся при Т=307 К, можно связать с процессами дипольной ориентации адсорбированных молекул воды. Второй же максимум, проявляющийся при Т=330 К, может быть обусловлен дипольно-радикальной ориентацией в матрице ВК-41. Это предположение базируется на том, что волокна органического наполнителя адсорбируют влагу. С увеличением температуры происходит десорбция молекул воды, и проводимость, связанная с диполями Н2О, уменьшается. Минимум lg достигает при 310 К, после чего в проводимость основной вклад вносит подвижность радикалов связующего, температура стеклования которого находится в пределах 333-353 К. Второй минимум соответствует Т360 К. При этой температуре вклад в проводимость дипольно-радикальной ориентации компенсируется за счет ионной проводимости дисперсного наполнителя и инжекцией электронов с электродов. Увеличение во второй области видимо, обусловлено как увеличением сегментальной подвижности связующего, так и ионами наполнителя. Вторая область проводимости расположена между температурами 360 К (второй минимум ) и 400 К и lg принимает значения примерно от -11 до -8 соответственно, т.е. проводимость увеличивается на три порядка. В первой области проводимости увеличился на 5-6 порядков. В третьей области проводимости наклон lg(103/Т) уменьшается еще больше, чем во второй области. По-видимому, проводимость в этой области обусловлена ионами различного происхождения, и она уменьшается за счет их рассеяния на колебаниях сегментов органического наполнителя.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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