Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Книга ВПКМ в технике для студентов.doc
Скачиваний:
370
Добавлен:
15.08.2019
Размер:
69.13 Mб
Скачать

1. Конструкционные полимерные материалы [1-70].

Использование лёгких элементов (углерод в органических полимерах, углеродных материалах) теоретически приводит к получению высокопрочных твёрдых тел, т.к. σтеор ≈ 1/а00,5, а а0= f (Rатома). При радиусе атома углерода Rc=0,071нм теоретическая прочность σ+теор для полимеров, рассчитанная по уравнению ЛУМР (Гриффитс): составляет 26,5-39,2 ГПа, Етеор 40-350 ГПа. (σтеор рассчитывают с учётом деформаций и энергии активации разрыва цепей U0, τpo . exp . U0-γδ / kT, τo = 10-12-10-13c).

σтеор = (2 γF . E/πc . а0)0,5 = У (GIC . E/а0 ) 0,5, где

γF – удельная поверхностная энергия, удельная энергия роста трещин (для полимеров 100-1000 Дж/м2);

Е – модуль упругости Юнга, ГПа; у - геометрия образца;

GIC≈2γF – энергетический параметр трещинодвижущих сил, скорость (интенсивность) высвобождения упругой энергии при увеличении дефекта, Дж/м2; Ic-индекс для условий роста трещины с её раскрытием при растяжении.

По ЛУМР σ+теор/ σ+практ ≈ (а0/l)0,5, где l-длина трещины, т.е. достаточно иметь трещину длиной 1мкм, чтобы σ+практ снизилась в 10 раз.

Разрушающее напряжение промышленных блочных ненаполненных полимеров σ+практ ≈ 2,5-3,8% σ+теор+ отверждённых эпоксидных реактопластов 60-120МПа, жёсткоцепных полиариленов 100-180МПа), Е+практ ≈ 5% Е+теор, что связано с их дефектностью, определяемой структурными и технологическими причинами.

Механические свойства волокон, особенно, полимерных и углеродных, при формировании которых наряду с масштабным фактором реализуется микрофибриллярная высокоориентированная структура существенно ближе к теоретическим (табл.3).

практ+ высокопрочных углеродных волокон 5-7 ГПа, что составляет уже 20-25% от теор+ , равной 70 ГПа. Епракт+ высокомодульных углеродных волокон 200-980 ГПа (20-90% от Етеор+). практ+ высокомодульных углеродных волокон из-за разориентирования микрокристаллов графита с низкой сдвиговой прочностью относительно оси волокна не превышает 3% теор+ (25 ГПа).

Значение Епракт+ полимерных волокон из ароматических полимеров, СВМПЭ достигает 50% Етеор+, практ+ = 10-15% теор+ .

Реализация высоких упругопрочностных свойств волокон позволило получить волокнистые однонаправленные полимерные композиционные материалы (ВПКМ) с //практ+ до 2,5 ГПа, E//практ+ до 220 ГПа.

Таблица 3. Теоретические и практические значения разрушающего напряжения при растяжении (σ+) и модуля упругости (Е+) объемных материалов и волокон.

Материалы

σтеор, ГПа

Е+теор, ГПа

σ+практ, ГПа

Е+практ, ГПа

1 .ПОЛИЭТИЛЕНЫ (ПЭ)

27-35

240-350

ПЭВП (формованные изделия)

0,02-0,04

0,4-1,0

ПЭВП (волокно)

0,45-0,80

3,0-8,5

Сверхвысокомолекулярные ПЭ (ТПЛ147°С, Траб 100-120° С)

Волокна: Spectra 900 (38 мкм)

2,65

120

Spectra 1000 (27 мкм)

3,10 (до 4)

175

По гель - технологии

4

250

TEKMILON

(ρ 0,96 г/см ,ε 4-6% )

1,5-3,5

60-100

DYNEEMA SK-60

(ρ 0,97 г/см3, ε 3-6%)

2,0-3,5

50-125

ПЭ монокристаллы

22

2. ПОЛИПРОПИЛЕНЫ (ПП)

16

40-50

Формованные изделия

0,03-0,04

1,1-1,4

Волокно (Тпл 170 С)

0,3-0,7

3,3-10

Волокно по гель - технологии

3,42

21-29 (до 36)

3.ПОЛИАМИДЫ АЛИФАТИЧЕСКИЕ

27

230

Формованные изделия (ПА6, ПА66, ПА 12, ПА610)

0,07-0,08

1,0-2,6

Волокна(капрон, нейлон)

0,50-0,95

2-4,5

4. ПОЛИАМИДЫ АРОМАТИЧЕСКИЕ (волокна)

30

350

СВМ

3,8-4,2

100-110

РУСАР

3,6-3,8

120-135

РУСАР «О»

4,5-5,0

150

ВМН-88

3,7-4,5

157-167

Kevlar 49 (К-49, Т969,Т981)

2,8-4,0

125-140

Kevlar PRD-149 (ρ 1,39 г/см3)

2,4-4,2

160-180

TECHNORA HM-50

3,1

71

TBARON (ρ 1,44 г/см3)

2,5-3,0 (до 3,6)

70 -130 (до 150)

5. Полибензтиазол (волокно ПФБТ), полибензоксазол (волокна Zylon, Арселан, Т0 6500С, КИ ≥68), ПБИ (волокно М-5)

3,2-5,8

280-330

6.УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Алмаз

200

1220

Однослойные нанотрубки

45

1280-1800

Многослойные нанотрубки

7

600

Графитовые кристаллы (плотность 2,27 г/см3)

122-138

1060

Стеклоуглерод

300

0,1-0,24

32

Промышленные волокна (Россия)

25-70

1060

УКН-5000П

3,5

220-250

КУЛОН (нить)

3,0-4,0

350-450

ВЭН-280

2,5-2,8

600-700

ЭЛУР-П

2,0-2,5

180-200

Зарубежные волокна

До 5-7

До 450-500

Из ЖК-ПЕКОВ: Thornel Р-100 UHM (λ 500 Вт/м•К, Ag-450)

2,5 (до 4)

780

Р-120 (λ 600 Вт/м•К)

2,2 (до 4)

840

Р-140 (λ 700 Вт/м•К)

2,5 (до 4)

980

7. СТЕКЛО

10-14

140

Промышленные волокна

2,4-5,0

51-116 (до 140)

8. КВАРЦ

25

160

Волокна 99,9% Si02

2-3 (до 6)

74