Деформирование и разрушение композитов

стеклами и конденсируются на их поверхности. Излишки па­ ров диметилдихлорсилана через штуцер в верхней стенке по­ ступают в предохранительный узел, в котором происходит кон­ денсация пара в жидкое состояние, что исключает возможность истечения паров диметилдихлорсилана в атмосферу.

Технология изготовления композиционной модели из ОАМ. Для изготовления включений из полиуретана СКУ-7Л (см. рис. 1, операция За) отливали 3 пластины размерами 100X150X7мм. После окончания полимеризации формы разбирали и сразу же из пластин изготавливали включения (операция 4). В патрон сверлильного станка устанавливали специально изготовленную из металла просечку диаметром 18 мм. Режимы резания выби­ рали самыми, минимальными. Технология установки в отливоч­ ную форму включений (операция 5) следующая:

1.На миллиметровке в натуральную величину вычерчивали композиционную модель нужной геометрии.

2.На чертеж композиционной модели помещали обработан­ ные антиадгезионным покрытием стекла.

3.Включения, в места их установки на стекла, приклеивали на клей № 88.

4.Для получения композиционной модели нужной толщины

на	края стекол устанавливали колиброванные прокладки.
го	5. Для исключения вытекания из отливочных форм залито­
	материала на стекла после прокладок помещали кембрик
с	вставленной в него трехмиллиметровой медной проволокой.
	6. Стекла собирали в пакет (три-четыре стекла) и	скреп­
ляли струбцинами.		опера­
	Технология изготовления ОАМ матрицы (см. рис. 1,
ция 3 б) включала следующие этапы [3J:

1.Приготавливали навески компонентов касторового масла

ипродукта 102Т в весовом соотношении 100 : 30.

2.Касторовое масло выпаривали в вакуумном шкафу при температуре 80 °С в течение двух-трех часов и охлаждали до 40—50 °С.

3.Продукт 102Т прокаливали при 120—,130°С до светлого ■состояния (3—5 мин) и охлаждали до комнатной температуры.

4.Продукт 102Т сливали в касторовое масло и тщательно перемешивали под вакуумом мешалкой якорного типа до пенообразования, указывающего на начало бурного хода реакции

полимеризации.	подготовленные
После этого состав разливали в заранее
формы. Полимеризацию осуществляли в комнатных		условиях
.в течение 2—3 сут. или в термостате при	60 °С	в течейие

15—20 ч. Следует особо отметить, что все этапы заливки нуж­ но строго регламентировать, так как жизнеспособность соста­ ва составляет 15—20 мин. Невыполнение регламента приводит к повышению вязкости состава и, как следствие, к плохому заполнению форм, предназначенных для отливки моделей.

.32

Таким образом, получены следующие результаты:

1.Изготовлена установка и отработана технология нанесе­ ния антиадгезионного кремнийорганического гидрофобного по­ крытия в газовой фазе диметилдихлорсилана (или метилтрихлорсилана).

2.Отработана технология получения оптически активного материала и изготовления композитной модели.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. А б о л и н Н. И. Об экспериментальном исследовании полей напряже­ ний в матричных композитах.— В сб.: Структурно-механическое исследова­ ние композиционных материалов и конструкций. Свердловск: УНЦ АН СССР,

1984, с. 93—96..

2. А б о л и н Н. И. Экспериментальное исследование	структурных на­
пряжений поляризационно-оптическим методом.— В сб.:	Тезисы докладов

конференции «Применение методов лазерной интерферометрии для повыше­ ния качества изделий». Миасс, 1983, с. 24—25.

3. 3 о т и н В. Н.,		А б о л и н Н.	И.	Технология получения оптически
чувствительного	полиуретана.— Информ. листок № 337-83.				Пермь: ЦНТИ,
1983.	Л. К-,	П я т ы ш е в	Л.	В., О м е л ь ч е н к о	Д. И. Способ
4. Я р а л о в

изготовления пластин из эпоксидных смол для интерферометрических мето­ дов исследования напряжений.— Завод, лабор., 1969, № 11, с. 1385—1386.

АКАДЕМИЯ НАУК СССР	УРАЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР
ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ КОМПОЗИТОВ		1985

В. Н. КОВРОВ, В. В. МОШЕВ

НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ЭЛАСТОМЕРНЫХ к о м п о з и т о в ,

п о в р е ж д а е м ы х д е ф о р м и р о в а н и е м

Многие применяемые в настоящее время методы исследова­ ния структуры гетерогенных систем эластомерной природы имеют существенный недостаток, который заключается в том,, что поврежденная текстура материала, наведенная деформиро­ ванием, исчезает по.сле разрыва, так как половинки разрушен­ ного образца сокращаются в течение сотых долей секунды. В результате форма поверхности разрушения не соответствует предразрывному состоянию. Поэтому данные подобных экспе­ риментов мало информативны.

Фиксация текстуры в ходе деформирования и ее исследова­ ние в эластомерных системах, обычно применяемых в химиче­ ской промышленности, представляет большие эксперименталь­ ные трудности. Ее можно было бы осуществить охлаждением растянутых образцов до —150 °С и ниже. Однако тогда потре­ буется препарирование образцов и их исследование при той же температуре, что практически невозможно.

Нами была проверена иная возможность. Опыты выполня­ ли с композитами, полимерная матрица которых переходит в развитое эластомерное состояние при повышенных температу­ рах порядка +120 °С. Нагружая образец при. высокой темпе­ ратуре (высокоэластическая область), его охлаждали в дефор­ мированном состоянии до комнатной температуры, при которой он находится в хрупком состоянии. При этом высокотемпера­ турная текстура «замораживается», в том числе и предразрывная, когда образец доводят до такого состояния.

В качестве полимерной основы композита использовали сопо­

лимер метил-	и бутилметакрилата (ПБМА)		с температурой
стеклования в	области 90—95 °С. При	+20 °С	модуль упруго­
сти полимера составил 400 МПа, а		разрывная		деформация
10—12%; при +120°С эти величины		были равны		0,6 МПа и
80—100 % соответственно.			предварительно
Композиционные материалы приготовляли,
смешивая наполнители с мономерами		с последующим отверж­

34

дением. Образцы такого полимера, растянутые на 50—80 % при + 120°С и охлажденные до +20 °С в растянутом состоя­ нии, после снятия зажимов не претерпевали заметного сокра­ щения, т. е. деформация замораживалась.

Указанным способом исследовали влияние деформирования на структуру трех композитов: 1) пластинки, содержащей сте­ клянные шарики диаметром 1,5—2 мм; 2) пластинки, содержа­ щей белую сажу в качестве тонкодисперсной упрочняющей добавки; 3) пластинки, содержащей белую сажу и стеклянные шарики одновременно.

На рис. 1 а хорошо видны повреждения структуры вокруг частиц, которые представляют собой удлиненные пустоты (вакуоли), образовавшиеся в результате отрыва эластомера от стеклянных шариков. Размеры вакуолей в месте их образова­ ния примерно одинаковы. Встречаются частицы, прочно скреп­ ленные с матрицей, скорее всего, в результате ослабления напряжений в матрице окружающими вакуолями. Видно так­

же, что порообразование	дает	значительный		вклад	в	общий
уровень макроскопической деформации.
Рис. 1 б иллюстрирует	характер структуры, возникающей
при растяжении эластомера,		наполненного		тонкодисперсным
порошком — белой сажей	(коллоидная		двуокись		кремния).
Предразрывная текстура	этого	образца	представляет			собой

сильно фибрилизованную систему с волокнами, направленными вдоль растягивающей силы. Испытания показали, что введение белой сажи повышает прочность полимера и его разрывные деформации при 120°С (в два раза), т. е. упрочняет его.

Замораживание деформаций в образце, содержащем белую сажу и стеклянные шарики (рис. 1в), подтверждает существо­ вание в матрице «полимер — белая сажа» тяжевых структур различных размеров.

С целью выявления более тонких элементов предразрывной текстуры были сделаны снимки на электронном микроскопе (рис. 4), позволившие выявить наряду с крупными волокнами большое количество мелких.

Возможно, что эффект упрочнения эластомеров тонкодиспер­ сными твердыми частицами с морфологической точки зрения связан с переходом полимерной матрицы из состояния трехос­ ного неравномерного нагружения в систему ориентирован­ ных в направлении вытяжки волокон, которая характеризуется своеобразными механизмами разрушения, объясняющими эф­ фект упрочнения.

Проводя опыты с сополимером метил- и бутилметакрилата, мы обнаружили, что при температурах несколько ниже темпе­ ратуры стеклования этот продукт обладает способностью к значительному повреждению структуры, по-видимому, в форме крейзообразования, которое воспринимается как довольно зна­ чительное помутнение. Естественно, что в неоднородных силовых

3*

35

АКАДЕМИЯ НАУК СССР	УРАЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР
ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ КОМПОЗИТОВ		1985

С.В. МЕЛЬНИКОВ

ОПРОЦЕССЕ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ

СПОЗИЦИИ МНОГОУРОВНЕВОГО ПОДХОДА

1.Современная континуальная теория прочности рассматри­ вает разрушение как процесс постепенного накопления повреж­ дений. Введение концепции накопления повреждений первона­ чально было связано с разработкой критериев длительной прочности на основе теорий пластичности и ползучести [7, 8, 13]. Эти исследования носили феноменологический характер без особого придания физического смысла понятию поврежде­ ний. Другое направление развития данной концепции основано на изучении атомно-молекулярного механизма разрушения [14, 15]. Повреждение здесь уже трактуется как разрыв атомно­ молекулярных связей, образование дислокаций и т. п. Широкое применение композиционных материалов в технике привело к появлению следующего направления, основанного на «механи­ ческом» моделировании процесса накопления повреждений с позиций механики сплошных сред [4, 9], в котором под повре­ ждением понимается разрушение (когезионного или адгезион­ ного типа) структурного элемента композита.

Указанные направления являются в основном одноуровне­ выми. Процессы разрушения основываются на феноменологи­ ческом, атомно-молекулярном или структурно-композиционном уровнях описания материала. Современные физические данные

опроцессе разрушения требуют его представления в виде про­ цесса, протекающего на различных уровнях.

2.В соответствии с исследованиями [10, 11], необходимые уровни выделяются из структурного разнообразия путем введения для каждого уровня представительных структурных элементов, связанных соотношениями

Q =U Q,-*1; й!‘, ПЙ/*' = 0 .		i+П * = 1. 2,	р;
1=1
Q|A) = U	Q/m),	k<m,	(1)
/=i
где Q — изучаемая система;	— структурный		элемент i-го

40