РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ - Расчет и обоснование толщины тротуарной плитки на основе термоэластопластов
В общем случае прочность ПКМ определяется ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного взаимодействия и силами главных химических валентностей полимерной матрицы. Когда макромолекулы матрицы не ориентированы (малонаполненные композиты), связи расположены под большими углами к направлению приложенной нагрузки. В такой ситуации макромолекулы обладают достаточной гибкостью. Вследствие подвижности и разной длины молекулярных цепочек в направлении действия нагрузки разрушение ПКМ в большей мере осуществляется за счет отделения звеньев и сегментов макромолекул при их относительном проскальзывании, нарушающем главным образом слабые вандерваальсовы связи.
В случае, когда наполнитель повышает прочность ПКМ, увеличивается как число сшивок в пространственной сетке полимерной матрицы, так и число поперечных сшивок в структуре композита, связывающих соседние частицы наполнителя с помощью макромолекул матрицы. Разрушение такой трехмерной жесткой структуры происходит преимущественно за счет разрыва связей главной химической валентности.
В ненагруженном материале видимых разрушений не наблюдается. Это объясняется тем, что наравне с процессами термофлуктуационного разрушения происходят идентичные по природе, но обратные процессы рекомбинации ранее нарушенных связей. Вероятности этих процессов равны, поскольку отсутствуют силовые условия, способные изменить скорость протекания какого-либо из процессов в ту или иную сторону.
При разрушении образующаяся сетка линейных трещин, разбивающих плоскую поверхность композита на многоугольники, число сторон которых находится в интервале от 4 до 6 (преимущественно образуются либо прямоугольники, либо шестиугольники). Трещины располагаются под углом 90 или120° одна относительно другой. Первопричиной деформационных процессов и процессов трещинообразования является энергетическая неустойчивость структуры ПКМ, обусловленная полями перенапряжений.
Вследствие того, что частицы усиливающего наполнителя имеют высокую когезионную прочность, разрушение ПКМ происходит либо когезионным путем (по полимерной матрице), либо имеет сложный адгезионнокогезионный характер. В последнем случае, который реализуется при невысокой адгезии, поверхность разрушения проходит через матрицу и дефектные зоны, расположенные на периферии граничных слоев полимера и охваты вающие поверхность отдельных частиц наполнителя. Рассмотрим разрушение ПКМ более подробно.
Усадочные деформации структурных блоков вызывают деформации и напряжения растяжения на поверхностях раздела. Это нарушает сплошность матрицы и приводит к появлению зародышевых трещин. Такие трещины опасны для структур более низкого масштабного уровня. При этом зарождение трещин происходит по межкластерным поверхностям, поскольку разрыв сплошности энергетически выгоден и более вероятен по ослабленным местам структуры. В структуре твердеющего ПКМ рост трещины происходит не непрерывно, а дискретно по мере накопления деформаций до достижения критических значений и разрыва межчастичных и межкластерных связей. Сохраняя общее направление движения, обусловленное градиентом усадочных деформаций на берегах, трещина продвигается по межкластерным поверхностям раздела.
ПКМ, как и другие конструкционные материалы, разрушаются вследствие развития начальных дефектов. В связи с этим необходимо отметить, что сам факт наполнения приводит к возникновению в композите различных тех нологических дефектов, к которым относятся трещины и поры, образующиеся в процессе изготовления [8]. Указанные дефекты возникают в результате побочного действия вводимого в полимер наполнителя, способствующего концентрации напряжений и тем самым служащие потенциальными источниками зарождения деструкции.
Распределение начальных трещин в объеме ПКМ и геометрия их развития зависят от соотношения прочностей и коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя. При этом возникают либо полусферические трещины вокруг частиц наполнителя, переходящие впоследствии в матрицу, либо трещины, проходящие сквозь частицы и матрицу; последние наиболее опасны при эксплуатации изделий.
Однако частицы наполнителя играют роль не только инициаторов трещин в композите. При малых скоростях роста уже имеющихся начальных трещин и подводимой к ПКМ энергии разрушения отдельные частицы способны тормозить и останавливать их рост. Встречаясь с частицей, такие трещины разрывают адгезионные связи по поверхности контакта частицы с матрицей (рис. 6). Тем самым вершина трещины притупляется, и происходит перераспределение локальных напряжений в области матрицы, граничащей с поверхностью раздела. В результате упругая энергия в вершине трещины понижается, и она прекращает свое развитие.
Источниками разрушения часто являются группы несмоченных полимером частиц наполнителя (агрегаты), образующиеся в результате формирования композита. Дисперсные частицы жесткой фазы ПКМ увеличивают остаточные напряжения вследствие различия в термическом расширении наполнителя и матрицы. При охлаждении композита ниже температуры стеклования полимерного связующего возникают остаточные термические напряжения как в матрице, прилегающей к поверхности частиц, так и внутри самих частиц. Места с максимальными напряжениями расположены не на поверхности раздела фаз наполнитель-- матрица, а на некотором расстоянии от нее.
Рис. 7. Модель торможения трещины (1) с частицей наполнителя
(2), имеющей плохую адгезионную связь с полимерной матрицей (3).
При взаимодействии с ячеистым кластером сформировавшаяся трещина вследствие своего ветвления распадается на несколько малых трещин, которые, в свою очередь, тормозятся отдельными частицами кластера (рис. 7). Известно, что ветвление наблюдается преимущественно в тех случаях, когда трещина встречается с мощными полями сжимающих напряжений. Отсюда следует, что в ячеистых кластерах возникают значительные радиальные сжимающие напряжения, способствующие торможению трещин.
На границе раздела технологи ческих субкластеров кристалличность композита снижается, проявляется рыхлость матрицы, повышается ее пористость. Поэтому границы раздела субкластеров являются потенциальными местами зарождения и распространения трещин. Технологические субкластеры весьма мелкие и неспособны в отдельности существенно исказить поля напряжений, поэтому мозаика трещин при разрушении не обвивает каждый субкластер в отдельности, а охватывает их группы - блоки (границы субкластеров и блоков совпадают). В конкретных условиях нагружения поле напряжений внутри блока однородно, и трещинам энергетически невыгодно дробить его на более мелкие участки.
Рис. 7. Ветвление трещины вячеистом кластере эпоксидного композита, наполненного молотым кварцем (Х200)
Материал композиционный полимерный прочность
Похожие статьи
-
Наполненные и ненаполненные ПКМ содержат структурные блоки, взаимодействующие через поверхности раздела (контакта). Блоки скомпонованы из структурных...
-
Для практических целей достаточно понимать структуру композита как двухуровневую систему, включающую микроструктуру, образованную связующим, и...
-
Макроструктура материала - строение, видимое невооруженным глазом. Микроструктура материала - строение видимое в оптический микроскоп. Под кластером...
-
ВВЕДЕНИЕ - Расчет и обоснование толщины тротуарной плитки на основе термоэластопластов
В настоящее время для расчета и прогнозирования несущей способности строительных материалов и конструкций существуют следующие методы: 1....
-
Старое плиточное покрытие ремонтируют, тщательно моют и обезжиривают органическим растворителем. На поверхность плитки наносят полиуретановый праймер...
-
Состав и строение композита - Композиционные материалы
Композиты - многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической., углеродной, керамической или др. основы (матрицы), армированной...
-
Классификация композиционных материалов - Композиционные материалы
Композиты - многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической., углеродной, керамической или др. основы (матрицы), армированной...
-
Технология эмалей и неорганических покрытий Физико-химические основы эмалирования Эмаль представляет собой стеклообразное (или преимущественно...
-
Основы производства керамических материалов - Керамические строительные материалы
Основным сырьевым компонентом керамических строительных материалов является Глина - осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов...
-
Фонари, Деформационные швы и связи - Проектирование цеха по производству тротуарной плитки
Для обеспечения верхнего освещения производственных площадей в здании предусмотрены зенитно-точечные фонари. Зенитные фонари в виде прозрачных...
-
Разрушение каменных материалов может происходить под действием воды как растворителя. Особенно действует на карбонатные породы вода, содержащая...
-
Методологические основы системного проектирования материалов
Определяются методологические принципы разработки композиционных материалов с позиций системного анализа. Материал рассматривается как сложная система с...
-
Ячеистые гранулированные материалы на основе природных опок
В настоящее время ощущается нехватка новых видов пористых минеральных заполнителей, применяемых для повышения теплозащитных качеств различных...
-
Обжиг изделий Обжиг Изделий проводят в Печах Различной конструкции: в Муфелях с рабочим пространством, защищенным от нагревателей огнеупорным коробом, в...
-
Рассмотрены теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы на основе жидкого стекла, вспенивание в которых происходит за счет химических реакций. В...
-
Проектирование временных зданий и сооружений Временные здания устраивается только на период возведения основного объекта и должны обеспечивать нормальные...
-
Материально-технические ресурсы включают: материальные ресурсы - конструкции, изделия, материалы; строительные машины и их характеристики;...
-
Тип монтажного крана определяется в зависимости от габаритов здания. Выбор монтажного крана по техническим параметрам начинают с уточнения следующих...
-
Расчет стропильной фермы покрытия Рассчитать ферму из гнуто-сварного профиля. Шаг ферм 6м. Покрытие принимаем профнастил шириной 3 м. Тепловой режим...
-
Введение - Композиционные материалы
Композиционный материал - неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно выделить армирующие элементы,...
-
Применение и классификация изделий из природного камня - Природный камень как строительный материал
Природные каменные материалы, обладая высокой атмосферостойкостью, прочностью и красивой окраской, широко применяют в строительстве в виде блоков для...
-
Цементно-песчаную черепицу выпускают многие производители. За столетие технология производства цементно-песчаной черепицы шагнула далеко вперед, и...
-
Таблица 1 - Производственная программа. Изделие Производительность, м3 В час В смену В сутки В год ПК 60.12 - 8 1,1 8,9 17,8 4500 ПК 57.12 - 8 0,98 7,9...
-
Основные характеристики пенобетона Пенобетон -- ячеистый бетон, имеющий пористую структуру за счет замкнутых пор (пузырьков) по всему объему, получаемый...
-
Опорный узел Опорный узел выполняют из листовой стали марки ВСтЗкп 2-1 по ТУ 14-1-3023-80. Упорная плита Плиту с ребрами жесткости, в которую упирается...
-
Расход пара 1 м3 расчетного материала (кг/м3) (65) РСуш.1м3 = Где qСуш - суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг: IN -...
-
Рассмотрены теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы на основе жидкого стекла, отверждаемые при повышенной температуре. Данные материалы...
-
Физико-механические основы получения изделий из строительных материалов - Строительные материалы
Удельное значение в народном хозяйстве нашей страны строительных материалов и изделий по объему производства и стоимости велико; потребление их с каждым...
-
Технология политого обжига керамической плитки и санитарно-технических изделий. 1. Сода-продукт химического производства и представляет собой хорошо...
-
Представляет собой композиционный материал на основе термопластичной матрицы (смесей полиолефинов, дисперсных и волокнистых наполнителей и пигментов),...
-
Изгибающие моменты определяем с учетом перераспределения усилий вследствие пластических деформаций. В средних пролетах и на средних опорах: В крайнем...
-
Для железобетонных конструкций задан бетон В25, призменная прочность RB=14,5 МПа, прочность при осевом растяжении RBt=1,05МПа, коэффициент работы бетона,...
-
При текущем ремонте устраняют мелкие повреждения на городской дороге. К текущему ремонту относиться в том числе заделка выбоин, просадок и небольших...
-
Расчет теплового режима ограждения, Расчет толщины утепляющего слоя - Строительная теплофизика
Расчет толщины утепляющего слоя - Определим требуемое сопротивление, исходя из санитарно-гигиенических комфортных условий по формуле: - R01тр...
-
Подбор сечений стержней - Проектирование цеха по производству тротуарной плитки
Сечения подбираем по формулам центрального сжатия или растяжения. При расчете учитываем, что ферма выполнена из профилей, изготовленных из сталей марок...
-
Пластмассами называют обширную группу органических материалов, основу которых составляют искусственные или природные высокомолекулярные соединения -...
-
Расчет сварных соединений в узлах При расчете узлов фермы определяют размеры сварных швов и назначают габариты фасовок с таким расчетом, чтобы на них...
-
Дата разработки сметной документации (в ценах) 1 января 2015 г. Дата начала строительства 1 апреля 2015 г. Нормативный срок строительства, месяцев 4...
-
УТВЕРЖДЕНО В сумме 1 355 449 153 тыс. руб., В том числе возвратных сумм -534151127 тыс. руб. __________________ " 1 " января 2016 г. Ссылка на документ...
-
Расчет сметной стоимости строительства Наименование стройки Административоно-производственный корпус предприятия по изготовлению тротуарной плитки г....
РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ - Расчет и обоснование толщины тротуарной плитки на основе термоэластопластов