1189

~ 1 Гц за время экспозиции повысилась до 98 и 136° С соответственно. Любопытным фактом оказалось возрастание высоты пика tg 6 в области стеклования в образце, подвергнутом 686-сут экспонированию, и суже­ ние области а-релаксации от 107 до 68° С (см. рис. 3), что свидетельст­ вует о повышении кооперативности процесса стеклования связующего после воздействия натурных факторов.

Наиболее вероятным объяснением полученных результатов является протекание двух процессов в связующем углепластика при длительной экспозиции — частичной деструкции напряженных участков макромоле­ кул под действием излучения и знакопеременных температур, протекаю­ щей интенсивно на поверхности образца и в меньшей степени в его объеме, и последующего образования дополнительных поперечных свя­ зей за счет возникающих реакционноспособных групп. В результате уве­ личивается плотность пространственной сетки зацеплений, снижается уровень внутренних напряжений, увеличивается структурная однород­ ность связующего, что ведет к повышению теплостойкости материала и сужению интервала температур, соответствующего а-переходу.

Наблюдаемое снижение G' углепластика в стеклообразном состоянии объясняется аномальным влиянием плотности пространственной сетки зацеплений, типичным для сетчатых полимеров на основе бисфенола-А [3, 4]. Однако известно [3], что в таком случае должно наблюдаться уменьшение высоты a -пика tg 6. В данном случае зависимость высоты

a -пика от времени испытаний углепластика в натурных условиях будет зависеть от того, какой из двух процессов преобладает — структурная упорядоченность макромолекул, ведущая к увеличению высоты tg 6, или увеличение степени сшивки, снижающее уровень механических потерь.

Таким образом, структура связующего в образцах композита после длительного воздействия космических факторов становится более одно­ родной. Подтверждением этого служит повышение теплостойкости угле­ пластика и термостойкости — температуры начала деструктивных про­ цессов, определенной по излому на графике ct= f(T) (см. рис. 3) от 212° С в исходном образце до 232° С в образце с экспозицией 686 сут.

Протекание двух процессов под действием излучения и знакопере­ менных температур влияет и на вязкоупругое поведение углепластика при низких температурах. После 304 сут экспозиции отмечается увеличе­ ние высоты пика tg 6 при —65° С по сравнению с исходным значением (см. рис. 2), однако после 686 сут испытаний пик tgfi вновь уменьшается до своего исходного значения. Можно отметить общее снижение интен­ сивности низкотемпературной релаксации после 686 сут испытаний, так как области снижения G' и Ct выражены слабее, чем в исходных образ­ цах. Не исключено, что частичная деструкция макромолекул связующего после 304 сут экспозиции увеличивает число кинетических элементов, подвижность которых в исходном состоянии ограничена сильным моле­ кулярным взаимодействием, что и приводит к росту пика tg б при —65°

и увеличению АТ1 на графике скорости при этих температурах. Обра-

зование новых поперечных связей и повышение структурной упорядочен­ ности макромолекул связующего при дальнейшей экспозиции вновь уменьшает количество низкотемпературных релаксаторов, а следова­ тельно, и высоту tg 6.

Процессы, происходящие в углепластике при экспонировании в от­ крытом космическом пространстве, были изучены также с помощью ме­ тода акустической спектроскопии на резонансной установке. В получе­ нии экспериментальных данных принимала участие Е. А. Соколова.

На рис. 4—а представлены зависимости низкочастотной скорости звука Ci=f(T) трех образцов — исходного и экспонированных 304 и 686 сут. Результаты исследований подтверждают высказанные выше пред­ положения. Во-первых, подтверждается протекание процессов деструк­ ции на графике ct=f(T) в интервале температур от —150 до 200° С: скорость звука изгибных колебаний, которая в конечном счете определя­ ется эффективностью межмолекулярного взаимодействия, очень резко уменьшается с увеличением времени экспонирования. Следует заметить, что образцы были получены с поверхности, наиболее пострадавшей от внешних воздействий. Во-вторых, наблюдается дополнительная сшивка связующего, что ведет к увеличению температуры перехода связующего из стеклообразного в высокоэластическое состояние (табл. 1). Тс и Т% были определены по изменению температурного коэффициента скорости звука на частоте ~350 Гц. При этом необходимо отметить, что углеплас­

рис. 4—а). Измерение тангенса угла механических потерь (рис. 4—б) на акустической установке показывает, что величина tg б при изгибных деформациях уменьшается, что подтверждает вывод о тенденции к уве­ личению плотности пространственной сетки в результате экспонирова­ ния углепластика (кривая 3 рис. 4—6). Кроме этого, в низкотемпера­ турной области увеличилась возможность осуществления локальной подвижности фенильных групп. Все перечисленные факты свидетельст­ вуют о несомненном влиянии ионизирующего излучения, ультрафиоле­ тового воздействия и термоциклирования как факторов, приводящих к увеличению плотности пространственной сетки связующего, улучшению стабильности физико-механических характеристик и расширению ин­ тервала работоспособности КМУ-Зл. Измерение физико-механических

КМУ-Зл в открытом космическом пространстве сохраняется их стабиль­ ность, а некоторые показатели улучшаются. Значения прочности при растяжении (при 120° С) и модуля Юнга (при 20 и 120° С) возрастают с увеличением длительности экспозиции. Дефектность, которая имеет место на поверхности образца и в объеме за счет образования микро­ трещин, приводит к некоторому снижению о при 20° С (см. табл. 2), к потере массы; КМУ-Зл становится газопроницаемым после 686 сут экспозиции. Однако пористость и сорбционная способность для этих образцов существенно не изменяются.

Выводы. 1. В результате воздействия ультрафиолетового и ионизи­ рующего излучений и термоциклирования в КМУ-Зл наблюдаются час­ тичная деструкция связующего, вызывающая частичное удаление поли­ мера с облучаемой поверхности, и снижение динамических модулей упругости и скорости звука в стеклообразном состоянии. В случае экра­ нирования поверхности углепластика защитной пленкой исключается повреждение поверхности образцов.

2. Длительное воздействие натурных факторов вызывает появление дополнительных поперечных связей за счет образования реакционноспо­ собных групп, снижение внутренних напряжений и повышение структур­ ной однородности связующего, что приводит к улучшению ряда физико­ механических показателей, расширению температурного интервала ра­ ботоспособности и стабилизации физико-механических характеристик.

3. Углепластик КМУ-Зл в течение 686 сут в целом сохраняет высокий уровень физико-механических характеристик и работоспособность в ши­ роком интервале температур.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Хорошилова И. П., Капитонова Т. Р., Лозовская В. П. Эпоксидные углепластики КМУ-Зл, КМУ-Злн и КМУ-3. — В кн.: Авиационные материалы. Неметаллические компо­ зиционные материалы. М., 1977, вып. 2, с. 19—23.

2.Старцев О. В., Перепенко И. И. Крутильный маятник — прибор для испытания пластмасс. Деп. ВИМИ, № ВМ Д03000, 1977.

Применяя описанную выше технику усреднения, будем искать реше­ ние задачи (3.1) —(3.3) в виде

7’='0'(х) + 2.J &ч2.J МММ ( 5 ) - п з г т # * < W ’

<7=1 Р

где суммирование по р также происходит от р = 0, так чтобы q—2р ^ 0. Для «среднего» температурного поля Ф(х)

оо

-0= ^ «Р9<Р>

р=0

получим рекуррентную последовательность задач теплопроводности для однородной среды с изменяющейся величиной объемного притока тепла (при р = 0, 1,...),

Локальные функции ММ(3) определяются из решения уравнений

откуда в частности при {$ = 0 , q —\ получим

Л<о)(1) = _ < рСр>.

4. Рассмотрим слоистый упругий композит. Направим ось х3 (а сле­ довательно, и | 3н=£) ортогонально слоям композита. В этом случае уравнения (1.6) становятся обыкновенными дифференциальными урав­ нениями по переменной |. Решая эти уравнения и учитывая (1.7), на­ ходим

где под Ск.3)3 понимается матрица, обратная матрице Скззз- Компоненты тензора эффективной теплопроводности выражаются в

В явном виде могут быть вычислены и локальные функции. Например, для задачи теории упругости

Для слоистых регулярных композитов выражений (4.1) и (4.2) доста­ точно, чтобы получить решение статической задачи упругости (1.1),

( 1.2).

Рассмотрим, например, вторую краевую задачу теории упругости, когда на границе тела 2 заданы усилия. Тогда среднее поле перемеще­ ний определяется из решения статической задачи теории упругости для однородной среды

Решение соответствующей неоднородной задачи можно записать в виде

где

<Bijh{n)(l)>= 0 (например, MijhW= ^ -*-<£#(£))). Круглые скобки в