9. Композитті материалдардың механикалық қасиеттеріне толтырғыштардың әсерін түсіндіріңіз.

Полимерлік композиттік материалдардың толтырылуы – бұл фазалар бөлу бетімен гетерофазалық жүйе түзетін полимер (матрица) фазасында үздіксіз таралған қатты, сұйық және газ тәрізді органикалық және бейорганикалық заттармен олардың үйлесуі.

Полимерлік матрицаға енгізілетін заттар - толтырғыштар, ал полимерлер - толтырылған полимерлік материалдар деп аталады.

Толтырғыштарды полимерлерге мынадай мақсаттармен енгізеді: бағалы тасымалдаушы қасиетті комплексімен жаңа полимерлі материалдар құру; толтырылған полимерлердің қайта өңделуін және технологиялық қаситтерін жақсарту: материалдың арзандауы; қалдықтарды жою және экологиялық мәселелерді шешу; толтырғыштардың түрлерін және шикізат базасын арттыру.

Толтырғыштар полимерлердің аққыштығын арттыруы немесе кемітуі, пішінденуін және пішінтұрақтылығын арттыруы, термиялық және механикалық отыруын, жылуға төзімділігін, жанғыштығын төмендетуі, полимерлік материалдардың физика-механикалық, химиялық электр- және жылуфизикалық, сонымен қатар оптикалық қасиеттерін кең аймақта өзгертуі мүмкін.

Толтыру арқасында әр жерде қолданылатын жеңіл және ауыр, жылуөткізгіш және жылуизоляциялық, электрөткізгіш және электризоляциялық, соғуға берік, жоғарғы модульді және жоғары берік полимерлі материалдар алуға болады.

Толтырғыштарды енгізу толтырылған материалдың бір сипаттамасын жақсартумен және екіншісінің төмендеуімен жүреді. Мысалы, қатты толтырғыш материалдың серпімділік модулін арттырады, бірақ деформациясын және аққыштығын кемітеді. Сондықтан, толтырғышты таңдау, оның құрамы әрқашан оңтайлы мәселе болып саналады.

Толтырғыштар полимерлердің технологиялық қасиеттерін (тұтқырлық, жылуөткізгіштік) кең аймақта реттеуге мүмкіндік береді. Олар төменгі тұтқырлықты полимерлік композиттердің қоюлатқышы ретінде қолданылады. Аз мөлшерде енгізілген ұнтақ тәрізді толтырғыштар ұрық түзгіштер ролін атқарады және кристалдану дәрежесін және кристалданатын полимерлерде кристалдың түзілу мөлшерін реттейді.

Өндірісте бірнеше ондаған мың толтырылған термо- және реактопласттар шығарылады. Толтырылған пластмассалардың түрлі маркаларын құру үшін қолданылатын полимерлерді төрт топқа бөлуге болады:

І – қанықпаған полиэфирлер, фенолды, меламинді, кремнийорганикалық шайырлар, полифенилсульфид; осы полимерлер негізіндегі 90 % маркасы толтырылып шығарылады;

ІІ – ПВХ, ЭШ, ПА, ПСФ, ПФО, полиэфирсульфон, ПУ, ПБТ, мочевинаформальдегидті шайырлар; осы полимерлер негізіндегі 50 %-дан 90 %-ға дейінгі маркасы толтырылып шығарылады;

ІІІ – ПП, ПА – 6, -11, -12; фторпласттар, полиацетальдар, ПК, ПЭТФ; осы полимерлер негізіндегі 25 %-дан 50 %-ға дейінгі маркасы толтырылып шығарылады;

IV – целлюлоза эфирлері, акрилді полимерлер, ПЭ, ПС; осы полимерлер негізіндегі 100 %-ға дейінгі маркасы толтырылып шығарылады.

10. Полимерлердің механикалық беріктігі мен ұзақтығын сипаттаңыз.

Беріктілік деп материалдың механикалық кернеу әсерінен бұзылуына қарсыласу қасиетін айтамыз. Бұзылу ол жаңа беттердің түзілуіне алып келетін , материалдың тұтастығының бұзылуы. Денені бұзу үшін, құрылымның элементтерін біріктіретін байланыстарды бұзу қажет.

Қатты дененің теориялық беріктігі (σ_т) абсолютті ноль температурадағы (яғни жылулық қозғалыссыз), барлық байланыстардың теңдей жүктелуін және олардың бұзылу бетінде бір мезгілде бөлінуін қамтамасыз ететін , біртекті статикалық созылу және сығылу деформация кезіндегі идеалды құрылымды (ақаусыз) дененің беріктілігі. Теориялық беріктілікті есептеу үшін , әдетте, сызықты біросьті бағдарланған полимердің құрылымдық моделін қолданады. Мұндай полимерлердің бұзылуы молекуланың бағдарлану осінің бойында созылу немесе сығылу кезінде орын алуы мүмкін немесе полимерлі тізбектің бағытына перпендикуляр. 1-сурет.

Созылу Сығылу

1-сурет.Біросьті бағытталған сызықты полимердің бұзылуы.

1-полимер тізбегінің бағытталу осінің бойымен созылу кезінде;2-полимер тізбегінің бағытталу осіне перпендикуляр созылу кезінде;3-полимер тізбегі бағытының бойымен сығылу кезінде;4-полимер тізбегінің бағытына перпендикулярсығылу кезінде.

1,2-жағдайда көбінесе химиялық, ал 3,4- энергиясы аз молекулааралық физикалық байланыстар. Бағдарланбаған полимерлерде химиялық та, әлсіз молекулааралық физикалық байланыстар да бұзылады, яғни бұзылу типі 1,2 немесе 3,4 арасында аралық. Теориялық беріктілік тең:

σ_т=NF_m

N-ағым ауданының бірлігіне келетін атом немесе байланыс саны, F_m-екі көрші атомдардың байланыс беріктілігі;

Техникалық беріктілік деп аталатын реалды полимерлердің беріктілігі теориялыққа қарағанда әлдеқайда төмен. Беріктіліктің төмендеуінің негізгі себептері болып атомдардың жылулық қозғалысы және әлсіз ақаулы орындардың болуы табылады. Реалды жағдайда Т˃0К кезінде кез келген жүйеде, байланыстардың термофлуктуациялық ажырауына себеп бола алатын атомдардың жылулық қозғалысы жүреді. Байланысты ажыратуға керекті минималды кинетикалық энергия-байланыстың үзілуінің активтелу энергиясы Up⁰ деп аталады. Бір байланыстың үзілуді күту уақыты τ_• тең:

τ_• =τ₀exp Up⁰/RT

τ₀-атомдардың ауытқыу периоды; Up⁰-потенциалды тосқауыл(үзілудің активтелу энергиясы) күш әрекетінің қатысынсыз; R-Больцман тұрақтысы, Т-температура;

Т және σ бір мезгілде жоғарылаған кезде үзілу ықтималдығы артады(τ төмендейді). Сондықтан, әдетте қысқа мерзімді(жүктеу уақыты 1минут) және ұзақмерзімді (жүктеу уақыты 12 ай) мерзімді беріктілік кейбір полимерлі материалдар үшін берілгендер(шынайы кернеу) (293 К)

	Қысқамерзімді беріктілік, МПа	Ұзақмерзімді беріктлік, МПа
Эластомерлер Жұмсақ Қатты	3-10 30-50	0,3-2 3-10
Толтырылған резиналар	100-200	20-30
Пластмассалар	100-200	20-40
Хим.талшықтар	500-1000	100-300

Ұзақмерзімді беріктілік қысқамерзімдіден әлдеқайда төмен. Қысқамерзімді беріктілікті бұзуға жақын кернеу кезінде анықтайды, ал ұзақ- бұзудан әлдеқайда төмен күш түскенде. Ұзақмерзімдіні статикалық шаршау деп те атайды, бұзылуға τ дейінгі уақытпен өлшейді.