КОГЕЗИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Категория: Транспорт.

Когезионная прочность полимерных композиционных материалов (ПКМ) зависит от свойств полимера-матрицы, уровня взаимодействия между фазами, совместимости компонентов композиции, размеров наполнителя, его формы, удельной поверхности и др. [1].

При введении микроразмерных наполнителей в полимерную матрицу происходит незначительное улучшение или даже ухудшение деформационно-прочностных свойств ПКМ [2, 3]. Это ухудшение может быть обусловлено неравномерностью распределения наполнителя в объеме полимера и многими другими факторами. Также введение больших (по сравнению с расстояниями между цепями, сшивками и кристаллическими блоками) частиц нарушает структуру полимера [4].

Переход от микроразмерных наполнителей к наноразмерным существенно изменяет целый ряд свойств ПКМ и позволяет избежать нарушения структуры полимера. Наночастицы более равномерно распределяются в объеме полимерной матрицы, что обеспечивает наиболее эффективные условия для передачи нагрузки от матрицы к наполнителю [5].

В случае взаимодействия полимерной матрицы с наноразмерными наполнителями частицы наполнителя могут принимать активное участие в процессах сшивания, образуя дополнительные узлы или центры структурообразования, вокруг которых складываются ориентированные слои полимера с плотной упаковкой входящих в композит компонентов. Такие узлы не разрушаются даже в экстремальных условиях эксплуатации.

Смачивание поверхности наполнителя полимерной матрицей является условием высокой адгезии между фазами [6]. Наиболее широко распространенные порошки меди, железа и алюминия обычно покрыты смазкой, используемой при измельчении металлов и (или) адсорбированную порошками влагу. При этом адгезия полимерной матрицы к частицам наполнителя резко снижается, поэтому необходимо предварительно прокаливать или просушивать порошки для удаления смазки и (или) влаги.

Прочность полимерного композиционного материала σ можно оп ределить по уравнению Гриффита [7]:

, (1)

Из формулы (1) следует, что прочность полимерного композиционного материала зависит от модуля упругости, поверхностной энергии разрушения и начальной длины дефекта, от которого пошла расти трещина. Таким образом, увеличение прочности ПКМ возможно за счет увеличения модуля упругости Е, поверхностной энергии разрушения γF и снижения начальной длины дефекта, от которого пошла расти трещина l0.

Результаты проведенных теоретических исследований позволяют определить, от чего зависит прочность полимерного композиционного материала при введении в полимерную матрицу наноразмерных наполнителей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Промышленные полимерные композиционные материалы / под ред. М. Ричардсона ; пер. с англ. под ред. П. Г. Бабаевского. – М. : Химия, 1980. – 472 с.
2. Губин С. П. Косодубский И. Д.Металлические кластеры в полимерных матрицах // Успехи хи мии. – 1983. – Т. 52, № 8. – С. 1350–1364.
3. Юрков Г. Ю., Кособудский И. Д., Севостьянов В. П. Магнитные свойства композиционных материалов на основе полиэтилена низкого давления и наночастиц железа // Известия вузов. Химия и химическая технология. – 2000. – Т. 43, № 2. – С. 54–56.
4. Металлополимерные нанокомпозиты (получение, свойства, применение) / В. М. Бузник [и др.]. – Новосибирск : Издательство СО РАН, 2005. – 260 с.
5. Ященко Л. Н., Терещенко В. Н., Тодосийчук Т. Т.Нанокомпозиты на основе диоксида кремния. По лучение и свойства // Клеи. Герметики. Технологии. – 2012. – № 10. – С. 2.
6. Erickson P.W. and Plueddemann E. P. Ref. 25. Рр. 2–28.
7. Берлин А. А., Вольфсон С. А. Принципы создания полимерных композиционных материалов. – М. : Химия, 1990. – 237 с.

Метки: Транспорт

• Назад
• Вперед