3.1 Смачивание

На границе раздела матрица-наполнитель важную роль игра­ют поверхностные явления, на рассмотрении которых нужно корот­ко остановиться. Силы сцепления жидкости с твердым телом харак­теризуются работой адгезии W_а, равной работе их разделения. Ад­гезия - прилипание двух разнородных веществ, когезия - прилипа­ние однородных веществ, точнее - в одном и том же веществе. Рабо­та когезии равна работе образования новой поверхности при раз­рыве однородной жидкости, т. е.

где 2 - коэффициент, отражающий факт образования двух поверхнос­тей; σ_ж - поверхностное натяжение жидкости или поверхностная энер­гия (измеряются соответственно в Н/м и Дж/м². Эти размерности совпа­дают); W_к -характеризует силы связи внутри фазы; W_а - мера взаимодей­ствия двух фаз на границе, их раздела, т. е. работа адгезии (см. ниже).

Рассмотрим границу раздела жидкость - твердое тело на при­мере капли, находящейся на поверхности твердого тела (рис. 10).

а б

10. Схема смачивания:

σ₁₂ - сила поверхностного натяжения между твердым телом и жидкостью; σ₂₃ - сила поверхностного натяжения между жидкостью и газом; σ₁₃ - сила поверхност­ного натяжения между твердым телом и газом; 0 - угол между касательной к жид­кости и поверхностью твердого тела

Равновесие этих сил определяется соотношениями:

1. Если > + (случай «а» на рис. 10), то капля растекается, и если Θ = 0, т. е. cos Θ = 1, - то это условие полного смачивания.

2. Если < + , (случай «б» на рис. 10), то капля стягивается к середине. Угол 0 увеличивается, а значение cos 0 умень­шается, и, перейдя через Θ = 90° (cos Θ = 0), становится отрицатель­ным, а при Θ = 180° cos Θ = -1. При значении cos Θ = -1 наблюдается полное несмачивание, капля принимает форму шара.

Примеры: полное смачивание - вода на стекле; полное не­смачивание - ртуть на стекле.

Работа адгезии определяется выражениями

Таким образом, для определения W_a необходимо знать только коэффициент поверхностного натяжения жидкости и краевой угол. Работа адгезии в значительной степени зависит от поверхностного на­тяжения жидкости и свойств твердого тела.

Для повышения адгезии в случае пропитки волокнистых материа­лов смолами используют тонкие промежуточные покрытия, так назы­ваемые аппреты, замасливатели, применяют и другие методы , в том числе механические.

Ниже будут рассмотрены полимерные пластики, которые ши­роко используются в конструкциях РДТТ.

Глава 4. Полимерные пластики

4.1. Стеклопластики

Стеклопластики представляют собой конструкционные композиционные материалы, сочетающие высокие механические свойства с относительно небольшой плотностью.

Основными их компонентами являются стекловолокнистые арми­рующие материалы и синтетические связующие. Тонкие высокопрочные стеклянные волокна обеспечивают прочность и жесткость стеклоплас­тика. Связующее придает материалу монолитность, способствует эффек­тивному использованию прочности стеклянного волокна и равномер­ному распределению усилий между волокнами, защищает волокно от химических, атмосферных и других внешних воздействий, а также вос­принимает часть усилий, развивающихся в материале при его работе под нагрузкой. Кроме того, связующие придают материалу способность формироваться в изделия различных конфигураций и размеров.

Стеклопластики используются во многих областях техники и народного хозяйства. Широкое применение они нашли в авиацион­ной промышленности и ракетно-космической технике, где исполь­зуются их высокая удельная прочность, стойкость к кратковремен­ному действию высоких температур, к вибрационным нагрузкам и локальный характер поражения.