Влияние длины волокна.
Длина волокна оказывает очень сильное влияние на упруго прочностные свойства армированным им пластика. Упрощенно можно сказать: чем длиннее волокно, тем выше прочность композита.
С чем это связано: Если волокна в композите не являются непрерывными и их длинна (l - эль) намного меньше длины образца, то нагрузка от одного волокна к другому передается через связующее по соприкасающимся боковым участкам; при этом волокно испытывает растягивающую нагрузку, а связующее - сдвиговую. При этом чем короче волокно, тем через меньшую площадь связующего будет передаваться нагрузка и нагрузка будет передаваться от волокна к волокну, и тем больше нагрузки будет подвергаться непрочное связующее между волокнами при неизменной внешней силы. Вывод: с уменьшением длины волокна прочность композита уменьшается.
Для реализации высоких прочностных возможностей волокна через полимерную прослойку между боковыми поверхностями волокна, нужно, чтобы передавалась нагрузка равная прочности самого волокна.
Произведем расчет минимальной длины волокна, при котором полимер будет передавать нагрузку равную прочности волокна. При условии равенства длинны всех волокон в композите среднестатистическое перекрытие волокна с соседними волокнами будет равно половине его длины (l\2), следовательно через площадь, равную поверхности половины волокна должна проходить сила, равная растягивающей нагрузки волокна.
Длина тонких волокон может быть короче толстых при одинаковом и усиливающем действии. Для полной реализации всех возможностей волокна отношение длины волокна к его диаметру должно быть не менее отношения прочности волокна к двум прочностям полимера. Прочность волокна значительно выше прочности полимера, следовательно длина волокна должна в несколько раз превосходить его диаметр. Экспериментальные данные показывают, что в большинстве случаев отношение l к d должно составлять от нескольких десятков до сотни.
Лекция 25.04.
Влияние адгезии между фазами.
Для реализации высокой прочности композита необходима высокая адгезия между волокном и связующим.В противном случае нагрузка между волокнами будет передаваться плохо из-за проскальзывания волокон матрицы и нагрузка,приложенная к образцу будет приходиться лишь на часть волокон,что приведет к разрушению этих волокон и всего композита при меньших внешн.нагрузках.
Адгезию между полим.связующим и волокном обычно оценивают по усилию выдергивания волокна из слоя полимера.
Используют различные приёмы для улучшения связи между полимером и волокном.
Модификации подвергают как полимер. матрицу,так и поверхность волокна.
Два вида модификации:
Травление .
Это обработка волокна различ.реагентами прив.к образованию на его поверхности адгезион.актив.химич.групп.Эти
группы взаимодействуют с полимером,образ.с ним прочные адгез. соединения. Метод травления зависит от вида волокна.Для волокон с мал. полярностью поверхности таких как углеродное, графитовое, чаще всего используют травление, кот.ведёт к окислению поверхности. Для них используют обработку поверхности озоном или электрохимич.травление, вед.к окислению поверхности.Для борных волокон используют травление азотной кислотой. При данных видах травления на поверхности волокон образуются поляр. кислородсодер. хим.группы,
способ.как к весьма высокоэнергетич.вандерваальсовым взаимодействиям с полярной полимерной матрицей,так и к хим.взаимодействию с нек.видами полимерного связующего.
Аппретирование.
Это обработка поверхности наполнителя
веществом,назыв.аппретом, кот.об
разует на поверхности волокна тонкую
плёнку, имеющ.выс.адгезию К
волокну и способную образовывать проч.адгез.связь с полимер.связующим.В качестве аппретов используют соединения,им.как минимум две активные хим.группы, одна из которых обеспечивает связь с поверхностью волокна, а вторая образует связь с полимер.матрицей. Наибольшее применение в качестве аппретов нашли элементо-органические соединения (кремнийорганические, титаноорганические, хроморганич.и др.), такие как триэтоксивинилсилан, аминопропилтриэтоксисилан и др. Выбор
конкретного вида аппрета зависит от хим.природы волокна и связующего. Для повышения адгезии эпоксид. смолы к поверхности стеклян. волокон используют алкоксисиланы с аминогруппой или глицидиливой группой, например аминопропилтриэтоксисилан,глицидоксипропилтриэтоксисилан.Это ксигруппа реагирует с гидроксильными группами на поверхности стекла,а аминогруппы легко реагируют с эпоксид.группами смолы. В
результате получается прочная адгез.связь эпоксида со стеклом.