WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

Контарева Татьяна Александровна

Особенности деформационного поведения и разрушения

высоконаполненных композиционных материалов на основе

полиэтилена и частиц резины (резинопластов)

Специальность: 02.00.06 – высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Москва – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук (ИСПМ РАН) в лаборатории механики полимеров и композиционных материалов.

Научный руководитель: доктор химических наук Серенко Ольга Анатольевна Вед. научный сотрудник, руководитель группы «Структура многокомпонентных полимерных систем» лаборатории структуры полимерных материалов ФГБУН Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шевердяев Олег Николаевич Зав.кафедры «Химическая технология переработки полимерных материалов и органических веществ» ФГБОУ ВПО Московский государственный открытый университет им. В.С. Черномырдина доктор химических наук, профессор Чвалун Сергей Николаевич Начальник отделения Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Ведущая организация ФГОУ ВПО Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Защита состоится «23»_ мая2013 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 002.085.01 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии по адресу 117393, Москва, ул. Профсоюзная, д.70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУН Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН.

Автореферат разослан «»_2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук Бешенко М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Широкий ассортимент промышленно выпускаемых полимеров и огромный выбор наполнителей дают возможность создавать композиты с необходимым комплексом эксплуатационных характеристик.

Изучение физической природы свойств гетерогенных материалов, поиск принципиальных путей управления этими свойствами и их оптимизации составляют научную сущность любой области материаловедения, в том числе и полимерной.

Резинопласты - дисперсно-наполненные композиционные материалы на основе термопластичных полимеров и наполнителя в виде частиц измельченной резины. Отличие дисперсной порошковой резины от традиционно используемых минеральных наполнителей заключается, во-первых, в том, что эластичные частицы, модуль упругости которых значительно меньше модуля упругости матрицы, деформируются совместно с матричным полимером; во-вторых, в большом размере частиц, который достигает сотен микрон. Резинопласты привлекательны не только с практической, но и с научной точки зрения. С одной стороны, использование порошка резины в составе композиционных материалов является одним из перспективных направлений применения измельченных отходов резины, а с другой – расширяет экспериментальную базу при изучении полимерных систем с наполнителем.

Ранее было установлено [1-3], что с увеличением содержания частиц резины деформационное поведение резинопластов в зависимости от свойств матричного полимера изменяется от пластичного к хрупкому и вновь к пластичному или от пластичного неоднородного растяжения к однородному пластичному;

определены условия изменения деформационного поведения этих материалов.

Если композиты, содержащие не более 30-40 об.% эластичного наполнителя, исследованы достаточно подробно (определена роль размера частиц и их способность деформироваться вместе с матричным полимером в процессах порообразования и разрушения, установлены основные требования к матричному полимеру для сохранения пластичных свойств композита и т.д.), то высоконаполненные системы мало изучены. К настоящему времени известно, что при однородном пластичном растяжении этих материалов возможен рост их деформируемости при увеличении содержания частиц резины [1]. Исследования, направленные на определение факторов, способствующих сохранению пластических свойств высоконаполненных композитов, являются актуальными как с точки зрения фундаментальных аспектов механики материалов, так и для решения широкого круга прикладных задач.

Цель работы – исследование характера деформирования и разрушения высоконаполненных резинопластов в зависимости от содержания эластичного наполнителя, характеристик матричного полимера и установление основных факторов, определяющих механические свойства этих композитов.

На примере резинопластов на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) разных марок изучали:

- влияние содержания эластичных частиц на деформационно-прочностные свойства высоконаполненных резинопластов;

- влияние свойств матричного полимера на механические характеристики композитов;

- влияние температуры на механизм деформирования и разрушения высоконаполненных резинопластов.

Научная новизна. Экспериментально доказан и развит общий подход к прогнозированию деформационного поведения высоконаполненных композитов на основе термопластичных полимеров при увеличении содержания эластичного наполнителя.

Впервые:

- показано, что разрушение высоконаполненных резинопластов инициируется образованием и поперечным ростом опасного дефекта в зонах пластического течения композита; деформационные свойства материалов определяются трещиностойкостью матричного полимера, характеризуемой критическим раскрытием трещины полимера, деформацией при формировании опасного дефекта в композите;

- обнаружен пластично-пластичный переход нового типа – переход от растяжения материалов с образованием шейки к деформированию с формированием делокализованных шеек при увеличении концентрации эластичных частиц; критерием перехода является равенство верхнего и нижнего пределов текучести композита;

- установлено, что реализация перехода от растяжения материалов с образованием шейки к деформированию с формированием делокализованных шеек обусловлена неопасными щелевидными дефектами, появлению которых способствует высокая, более 16, степень вытяжки шейки матричного полимера;

- предложен механизм разрушения при одноосном растяжении высоконаполненных резинопластов, учитывающий образование в композите зон разгрузки в полюсах эластичных частиц и зон перенапряжения в их экваториальных областях; локализация максимальных напряжений в экваторе частицы способствует отслоению от неё матрицы и формированию дефекта, дальнейший рост которого связан с разрывом полимерных прослоек между частицами или разрушением эластичных частиц в зависимости от соотношения между деформацией при образовании опасного дефекта и деформацией разрушения эластичной частицы;

- экспериментально доказана правомерность использования модели случайного распределения частиц в матрице для описания концентрационной зависимости прочности при разрыве высоконаполненных резинопластов.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при прогнозировании деформационно-прочностных свойств композиционных материалов, содержащих частиц измельченной резины, жесткость которых меньше жесткости матричного полимера.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием набора современного экспериментально-измерительного оборудования, откалиброванного по эталонам, применением методов статистического анализа при обработке экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и доложены на II Всероссийской научно-техническая конференции «Каучук и резина -2010» (Москва, 2010); XIX Менделеевской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2009); X Международной конференции молодых ученых «Биохимическая физика и современные проблемы биохимической физики» (Москва, 2010); XIII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (Москва, 2012); XI Международной конференции молодых ученых «Биохимическая физика и современные проблемы биохимической физики» (Москва, 2011), XIV международной конференции «Наукоёмкие химические технологии – 2012» (Тула, 2012) Публикации. Материалы диссертации изложены в 5 статьях в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Российской Федерации для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, а также в 6 тезисах докладов на конференциях различного уровня.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 134 страницах, содержит 5 таблиц, 43 рисунка. По своей структуре диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, общих выводов по работе, списка литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой темы, сформулирована цель работы, охарактеризована научная новизна и практическая значимость.

Литературный обзор (глава 1) состоит из трех разделов. Первый раздел посвящен анализу литературных источников по исследованию влияния содержания, формы частиц резины, характеристик эластомерных частиц и матричного полимера, уровня адгезионного взаимодействия между термопластом и эластичным наполнителем на механические свойства резинопластов. Во втором разделе рассмотрены феноменологические подходы, использующиеся при описании деформационного поведения дисперснонаполненных композитов при увеличении степени наполнения. В третьем разделе проанализированы известные результаты исследования распределения полей напряжений при деформировании полимерных композитов с жесткими или эластичными частицами.

В главе 2 описаны объекты и экспериментальные методы исследования. В качестве матричных полимеров использовали полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) разных марок: PE F 3802 B (ПЭ-1), PE 4 FE69 (ПЭ-2), 276-73 (ПЭ-3), 277-73 (ПЭ-4). Наполнителями служили частицы резины на основе этиленпропилендиенового каучука (СКЭПТ) и изопренового каучука (СКИ). Размер частиц от 10 до 800 мкм. Использованы такие методы как механические и реологические испытания, испытания образцов с нанесенной трещиной, оптическая и электронная микроскопия, метод акустической эмиссии.

Совокупность этих методов позволила получить взаимодополняющую информацию о характере деформационного поведения и разрушения резинопластов. При анализе результатов динамометрических испытаний использовали величины напряжения, рассчитанные на исходное сечение образца.

В главе 3 приводятся и анализируются результаты, полученные при исследовании высоконаполненных резинопластов на основе ПЭВП разных марок и, соответственно, с разными характеристиками матричных полимеров. В качестве наполнителя применяли частицы резины на основе СКЭПТ.

На рис. 1а представлены зависимости относительного удлинения при разрыве с резинопластов на основе различных полиэтиленов от содержания СКЭПТ (Vf). Зависимости можно условно разделить на две области составов, в которых скорости изменения относительного удлинения при разрыве материалов существенно различны. В первом интервале концентраций СКЭПТ (область I, рис. 1а) композиты разрушаются хрупко. При этом типе разрушения деформация при разрыве невелика. Во второй области содержания СКЭПТ (область II, рис.

1а) относительное удлинение при разрыве композитов возрастает с повышением степени наполнения, наблюдается и различие в их деформационных свойствах.

Наибольшие значения с имеют композиты на основе ПЭ-1, а наименьшие – на основе ПЭ-4. Концентрация СКЭПТ, при которой осуществляется переход от хрупкого к макрооднородному деформированию материалов и начинается рост их деформации при разрыве, зависит от свойств матричного полиэтилена.

Содержание частиц СКЭПТ при хрупко-пластичном переходе Vf* для разных резинопластов приведены в табл.1. Оно изменяется от 26 до 39 об.% в ряду матриц ПЭ-1 – ПЭ-2 – ПЭ-3 – ПЭ-4.

Рисунок 1 - Зависимость относительного удлинения при разрыве с резинопластов на основе ПЭ-1 (1), ПЭ-2 (2), ПЭ-3 (3) и ПЭ-4 (4) от текущей концентрации частиц резины на основе СКЭПТ (Vf) (а) и от разности между содержанием частиц резины и концентрации при хрупко-пластичном переходе Vf* (б). I - область хрупкого разрушения композитов, II – область макрооднородного растяжения.

Известно [1], что значение Vf* зависит от двух параметров, а именно, от прочности частиц наполнителя f и высоты зуба текучести полимерной матрицы, равного разности между верхним пределом текучести уm и напряжением вытяжки шейки dm. При близких значениях f концентрация частиц при хрупко-пластичном переходе определяется высотой зуба текучести матричного полимера, а именно, чем больше [ уm- dm], тем при больших содержаниях СКЭПТ начнется рост деформируемости композита (табл.1). Как следствие, в концентрационном интервале однородного растяжения резинопластов при одинаковом содержании наполнителя деформационные свойства того материала больше, который получен на основе полимера, характеризующегося меньшей высотой зуба текучести.

Таблица 1- Характеристики матричных полимеров.

Для исключения влияния фактора концентрации наполнителя при хрупкопластичном переходе Vf* на концентрационные зависимости предельных деформаций резинопластов экспериментальные данные представлены в координатах с от [Vf - Vf*]. Различие в деформационных свойствах сохраняется (рис. 1б), но изменяется последовательность возрастания с материалов при одинаковом значении разности [Vf - Vf*]. При равной удаленности содержания частиц от концентрации при хрупко-пластичном переходе, деформации при разрыве резинопластов на основе ПЭ-1 и ПЭ-3 близки и несколько больше, чем для композитов на основе ПЭ-2 и ПЭ-4. В свою очередь, значения с последних также мало различаются между собой, за исключением деформации, соответствующей [Vf - Vf*] 0.3.

На основе результатов математического моделирования полей напряжения в упругом теле с круговыми отверстиями (или эластичными частицами) [4], показано, что в резинопластах при Vf Vf* реализуются условия, необходимые для локализации максимальных напряжений в экваториальных точках частицы резины и появления в её полюсах «зон разгрузки», работающих на сжатие.

Предложен механизм разрушения высоконаполненных резинопластов. При деформировании происходит отслоение матрицы от частиц резины в экваториальных точках и образование овальных пор, которые при последующем растяжении изменяют свою форму, а именно, образуется характерный клин, и овальная пора трансформируется в опасный дефект. Поперечный рост последнего приводит к разрушению материала.

Согласно предложенной схеме разрыва материала, его предельная деформация должна зависеть от величины критического раскрытия поры, т.е. чем больше эта величина, тем при большей деформации разрушится материал.

Очевидно, что критическое раскрытие поры зависит от критического раскрытия трещины матричного полимера с. Значение с исследуемых полимеров увеличиваются в ряду, аналогичному ряду возрастания деформируемости резинопластов на основе матриц ПЭ-4 ПЭ-2 ПЭ-3 ПЭ-1 (рис. 1б, табл.1).

На рис.2 приведены корреляционные зависимости между предельными деформациями резинопластов и величинами критического раскрытия трещины матричных полимеров при определенных значениях разности [Vf - Vf*].

Экспериментальные точки описываются прямой линией. Хорошая корреляция между с и с свидетельствует о правомерности предлагаемой схемы разрушения высоконаполненных композитов с деформирующимися частицами.

Зависимость деформационных свойств высоконаполненных резинопластов от стойкости матричных полимеров к образованию и росту опасного дефекта подтверждено и акустико-эмиссионными данными, полученными при разрыве композитов. Согласно результатам анализа акустических спектров, образование одного дефекта в резинопластах на основе ПЭ-2 и ПЭ-4 препятствует дальнейшему пластическому деформированию композита и приводит к разрыву материалов в целом. Высокое сопротивление распространению микротрещины ПЭ-1 и ПЭ-3 позволяет композитам на их основе сохранять способность к дальнейшему пластическому растяжению в присутствии растущего дефекта и при образовании следующего.

В главе 4 приводятся и анализируются результаты исследований влияния температуры на деформационное поведение резинопластов.

В разделе 4.1 представлены данные, полученные при исследовании композитов на основе ПЭ-1 и частиц резины на основе СКЭПТ. ПЭ- деформируется с образованием шейки и разрушается на стадии деформационного упрочнения. Повышение температуры не изменяет характера растяжения полимера.

Рисунок 3 - Концентрационные зависимости относительного удлинения при разрыве с резинопластов на основе ПЭ-1 при 20 (1), 40 (2), 60 (3), 70 (4) и 80 0С (5).

Резинопласты на основе ПЭ-1 в диапазоне содержания частиц резины от до 66 об.% деформируются однородно. Вид концентрационных зависимостей относительного удлинения при разрыве композитов с определяется температурой испытаний (рис. 3). В интервале от 20 до 600С значения с линейно возрастают с увеличением содержания частиц резины (кривые 1-3), при 700С мало изменяются (кривая 4), а при 800С монотонно уменьшаются с ростом степени наполнения (кривая 5).

Согласно микроскопическому анализу разрушенных при 200С образцов, их вытяжка сопровождается образованием множественных областей пластического течения матрицы и появлением в этих зонах поперечных микродефектов (рис.4).

Предложено ввести такую характеристику материала как деформация при образовании опасного дефекта с.. Частицы наполнителя деформируются вместе с матричным полимером, их разрыв происходит при деформации f.. Разный вид зависимостей с от Vf свидетельствует о том, что с повышением температуры изменяется соотношение между с и f.. При 20 и 600С с f, и развитие образовавшейся поры приводит к появлению опасного дефекта, разрушающего полимерные прослойки (рис.5, стадия Г). Рост с с увеличением содержания наполнителя обусловлен увеличением числа микрозон течения матрицы и образующихся при растяжении «зон разгрузки». С повышением температуры возрастает величина с полимера, следовательно, и величина с. При 700С, возможно, с с, т.е. разрыв частицы и образование опасного дефекта происходит одновременно (стадия Д). В этом случае деформационные свойства резинопластов мало зависят от содержания наполнителя. При 800С с f, и разрыв крупных частиц резины способствует разрушению матричного полимера в микрозонах пластического течения (стадия Е). С увеличением содержания частиц резины растет количество пор в материале, уменьшается содержание матричного полимера. Как следствие, деформация при разрыве композитов снижается.

Рост деформации Рисунок 5 - Механизм разрушения высоконаполненных композитов на основе ПЭ-1. Пояснения в тексте.

Таким образом, соотношение между деформациями при образовании опасного дефекта и предельной деформацией наполнителя - важный фактор, определяющий изменение свойств высоконаполненных композитов с увеличением содержания частиц резины.

В разделе 4.2 анализируются результаты исследования резинопластов на основе ПЭ-3 и частиц резины на основе СКИ.

При температуре 200С ПЭ-3 деформируется с образованием шейки и разрушается на стадии ориентационного упрочнения после её распространения на всю рабочую часть образца. По мере повышения температуры вид кривых деформирования ПЭ-3 изменяется (рис.6). В интервале от 35 до 500С на третьем участке диаграммы растяжения, соответствующего ориентационному упрочнению полимера, наблюдается размытый максимум. В начале этой стадии напряжение возрастает по мере увеличения деформации, затем остается постоянным и, наконец, снижается. Этот эффект наиболее ярко проявляется при 350С. При температуре 700С и выше стадия ориентационного упрочнения вырождается, и полимер разрушается при распространении шейки.

Напряжение МПа Появление размытого максимума на третьем участке кривых растяжения является результатом конкуренции двух процессов. Первый – упрочнение полимера и, как следствие, рост напряжения по мере его растяжения. Второй – ползучесть ПЭ-3 в шейке из-за проскальзывания макромолекулярных цепей относительно друг друга. О ползучести шейки полимера при повышенных температурах свидетельствуют результаты определения степени её вытяжки d.

Так, при 200С d изменяется от 10 до 12, при 500С - от 10 до 18.

Таблица 2 - Деформационные свойства композитов на основе ПЭ-3 и частиц резины при повышенных температурах.

Повышение температуры до 75 С способствует дальнейшему увеличению d от 16 до 23, при этом образец разрушается раньше, чем шейка распространится на всю его рабочую часть. При 900С степень вытяжки в шейке ПЭ-3 достигает 30.

При температурах от 20 до 600С деформационное поведение композитов при увеличении концентрации наполнителя от 0 до 26 об.% определяется видом образующихся дефектов – ромбовидных пор, поперечное раскрытие которых приводит к разрыву материалов при формировании шейки (табл.2). При Vf об.% композиты начинают деформироваться однородно, и их деформация при разрыве возрастает с ростом степени наполнения.

Рисунок 7 – Вид деформированного Рисунок 8 - Формирование при 750С образца на основе ПЭ-3. щелевидных пор в зоне Содержание частиц резины 36 об. пластического течения в %. (увеличение х4) При температурах 75 и 900С материалы, содержащие не более 26 об.% наполнителя, деформируются с образованием шейки и разрушаются в процессе её роста (табл. 2). Пластичность этих композитов обусловлена формированием щелевидных пор. При 36 Vf 66 об.% деформирование композитов сопровождается образованием полос сдвига, которые по мере роста степени вытяжки уширяются, наблюдается утонение материала в этих зонах, при этом слабо выражено поперечное сужение (рис.7). Следовательно, в этих системах при растяжении образуются делокализованные шейки. В них из-за отслоения частиц резины от матрицы формируются щелевидные поры (рис.8). Разрыв материалов инициируется разрушением одной из зон пластического течения.

При Vf 66 об.% композиты деформируются однородно. Следовательно, при и 900С с увеличением концентрации наполнителя осуществляется переход от пластичного растяжения с образованием и ростом шейки к растяжению с формированием делокализованных шеек и затем к однородному (рис. 9).

Деформационные свойства композитов монотонно снижаются с увеличением содержания эластичного наполнителя до 36 об.%, а дальнейший рост степени наполнения не приводит к изменению деформируемости материалов (табл. 2).

Следует отметить, что при 75 и 900С матричный полимер разрушается при распространении шейки.

Переход от растяжения с образованием и ростом шейки к растяжению, сопровождающемуся формированием делокализованных шеек, можно отнести к пластично-пластичному. Условием для изменения характера растяжения композита является равенство его верхнего предела текучести и напряжения вытяжки шейки. Образование делокализованных шеек возможно, если после появления первой зоны пластического течения материал в ней не разрывается, и растягивающая сила оказывается достаточной для появления следующей шейки в другом месте образца.

Рисунок 9 - Схема изменения деформационного поведения композитов на основе ПЭ-3 и частиц резины на основе СКИ при 75 и 900С: растяжение с образованием шейки (1), делокализованных шеек (2) и макрооднородно (3).

В работе [2] отмечается, что изменение деформационного поведения композитов от растяжения с образованием шейки к однородному деформированию возможен в материалах на основе полимера, предел прочности которого превышает его верхний предел текучести, m ym. Согласно результатам настоящей работы, для перехода от растяжения с образованием шейки к деформированию с формированием делокализованных шеек условие mym не является строгим, и смена деформационного поведения возможна и в композите на основе полимера, разрушающегося при распространении шейки (mym). Реализация этого пластично-пластичного перехода обусловлена образованием неопасных щелевидных дефектов, которые, в свою очередь, формируются из-за высоких степеней вытяжки матричного полимера в шейке.

Их образование предотвращает охрупчивание композита и способствует сохранению его пластичности при увеличении концентрации наполнителя.

В разделе 4.3 описаны результаты исследования высоконаполненных резинопластов на основе ПЭ-4 и частиц резины на основе СКЭПТ.

Как при 200С, так и при 900С характер деформирования полимера одинаков его растяжение сопровождается образованием шейки, которая распространяется неустойчиво и разрыв происходит в процессе ее роста.

Микроскопические исследования разрушенных при повышенных температурах образцов с содержанием наполнителя Vf 36 об.% показали, что композиты при этих условиях деформируются с образованием полос сдвига, которые уширяются по мере степени вытяжки образца (рис.10). Однако явных делокализованных шеек, которые наблюдали в композитах на основе ПЭ-3, нет из-за разрушения материала, которое происходит по одной из уширенных полос сдвига.

Деформация при разрыве композитов с возрастает с увеличением содержания наполнителя, но скорость её прироста изменяется по мере повышения степени наполнения (рис.11). Так, на концентрационных зависимостях относительного удлинения при разрыве при 20 и 500С наблюдается явный перегиб при Vf = 55 об.%, и при дальнейшем увеличении содержания частиц скорость возрастания с уменьшается. При содержании частиц резины не более 55 об.% зависимости с от Vf, соответствующие более высоким температурам, проходят выше, т.е. деформационные свойства резинопластов несколько возрастают. При большей концентрации наполнителя, наоборот, чем выше температура, тем ниже проходит кривая с от Vf. Следовательно, при Vf 55 об.% деформируемость резинопластов ухудшается с ростом температуры.

Причиной инверсии деформационных свойств композитов на основе ПЭ-4 в области содержания наполнителя более 55 об.% является низкая трещиностойкость матричного полимера из-за его склонности к высокотемпературному охрупчиванию и увеличения концентрации напряжений вблизи агрегатов частиц.

Рисунок 10 - Вид разрушенного при 700С образца на основе ПЭ-4 с содержанием наполнителя 36 об. % (увеличение х4) В разделе 4.4 проанализированы концентрационные зависимости прочности при разрыве резинопластов на основе ПЭ-1, ПЭ-3, ПЭ-4.

Прочность при разрыве высоконаполненных резинопластов с на основе ПЭ-3 и ПЭ-4 линейно уменьшается с ростом содержания эластичных частиц, а в случае композитов на основе ПЭ-1 она остается постоянной (рис.12).

Статистическая обработка экспериментальных данных, представленных в координатах с от Vf и с от V f2 / 3, показала возможность использования как регулярного распределения частиц). Здесь m и f - «эффективная прочность»

матрицы и частиц соответственно.

Обоснована правомерность использования модели случайного распределения частиц в матрице для описания концентрационной зависимости прочности при разрыве высоконаполненных резинопластов с полидисперсным наполнителем, в рамках которой предполагается линейное снижение прочности материала при разрыве при увеличении содержания наполнителя.

ВЫВОДЫ

1. Определены основные характеристики матричного полимера, предопределяющие деформационные свойства высоконаполненных резинопластов: высота зуба текучести, критическое раскрытие трещины, степень вытяжки шейки, деформация при образовании опасного дефекта.

2. Показано, что разрушение высоконаполненных резинопластов инициируется образованием и поперечным ростом опасного дефекта в зонах пластического течения композитов. Предложен механизм разрушения при одноосном растяжении высоконаполненных резинопластов, учитывающий образование в композитах зон разгрузки в полюсах эластичных частиц и зон перенапряжения в их экваториальных областях. Локализация максимальных напряжений в экваторе частицы способствует отслоению от неё матрицы и формированию дефекта, дальнейший рост которого, в зависимости от соотношения между деформацией при образовании опасного дефекта и деформацией разрушения эластичной частицы, связан с разрывом полимерных прослоек между частицами или разрушением эластичных частиц.

3. Показано, что деформационные свойства высоконаполненных композитов с ростом содержания эластичных частиц возрастают, остаются постоянными или монотонно уменьшаются, если деформация при образовании опасного дефекта в зоне пластического течения материалов соответственно меньше, сопоставима или больше деформации при разрыве эластичного наполнителя.

4. Обнаружен пластично-пластичный переход нового типа – переход от растяжения материалов с образованием шейки к деформированию с формированием делокализованных шеек при увеличении концентрации эластичных частиц; критерием перехода является равенство верхнего и нижнего пределов текучести композита.

5. Установлено, что реализация перехода от растяжения материалов с образованием шейки к деформированию с формированием делокализованных шеек обусловлена неопасными щелевидными дефектами, появлению которых способствует высокая степень вытяжки шейки матричного полимера, более 16.

Их образование предотвращает охрупчивание композита и способствует сохранению его пластичности при увеличении концентрации эластичных частиц.

6. Экспериментально доказана и обоснована правомерность использования модели случайного распределения частиц в матрице для описания концентрационной зависимости прочности при разрыве высоконаполненных резинопластов.

Список цитируемой литературы:

1. Серенко О.А., Гончарук Г.П., Оболонкова Е.С., Баженов С.Л. Хрупкопластичный переход в композитах полимер - частицы резины // Высокомолек.

соед. А. - 2006. - Т.48. - №3. - C. 481 - 494.

2. Серенко О.А., Гончарук Г.П., Баженов С.Л. Пластично-пластичный переход в дисперсно-наполненных композитах на основе термопластичных полимеров // Высокомолек. соед. А. - 2006. - Т.48. - №6. - С. 959 - 969.

3. Серенко О.А., Баженов С.Л., Насруллаев И.Н., Берлин Ал.Ал. Влияние размера частиц на форму образующихся дефектов в дисперсно наполненном композите // Высокомолек. соед. А. - 2005. - Т.47. - №1. - С. 64 - 72.

4. Бураго Н.Г., Ковшев А.Н. Модель дилатирующей разрушающейся среды // Изв. РАН. МТТ. - 2001. - № 5. - С. 112 – 117.

Основное содержание работы

изложено в следующих публикациях:

Контарева Т.А., Юловская В.Д., Оболонкова Е.С., Насруллаев И.Н., Серенко О.А. Влияние температуры на механические свойства резинопластов на основе полиэтилена // Вестник МИТХТ. - 2011. - Т.6. - №1. - С. 33-36.

Контарева Т. А., Гончарук Г. П., Серенко О. А. Влияние температуры на механические свойства высоконаполненных композитов на основе полиэтилена высокой плотности и частиц резины (резинопластов) // Материаловедение.

- 2010. - № 10. - С.27-33.

Контарева Т.А., Серенко О.А., Юловская В.Д. Влияние свойств матричного полимера на деформационное поведение высоконаполненных резинопластов // Тезисы докл. Вторая Всероссийская научно-техническая конференция «Каучук и резина -2010». – Москва. - 19-22 апреля 2010.- С.470Контарева Т. А., Юловская В. Д., Серенко О. А. Влияние природы полимера и резиновой крошки на свойства термопластов // Тезисы докл.

«XIX Менделеевская конференция молодых ученых». - Санкт-Петербург. - июня – 3 июля 2009. - С. 87-90.

Контарева Т. А., Серенко О. А., Юловская В. Д. Влияние температуры на свойства высоконаполненных композитов на основе и частиц резины (резинопластов) // Тезисы докл. X Международная конференция молодых ученых «Биохимическая физика и современные проблемы биохимической физики». – Москва. - 8 ноября-10 ноября 2010.- С. 167.

Серенко О.А., Контарева Т.А., Юловская В.Д. Свойства композиционных материалов на основе полиолефинов и частиц резины (резинопластов) // Тезисы докл. XIII Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии». - Суздаль, 28 июня – июля 2010. - С. 362.

Контарева Т.А., А.С. Кечекьян, Е.А. Синевич., Серенко О. А. Влияние температуры на свойства высоконаполненных композитов на основе полиэтилена высокой плотности и частиц резины (резинопластов) // Тезисы докл. XI Международная конференция молодых ученых «Биохимическая физика и современные проблемы биохимической физики». – Москва. – 9- ноября 2011.- С.110-113.

Контарева Т.А., Гончарук Г.П., Оболонкова Е.С., Серенко О.А. Влияние свойств матричного полимера на деформационные характеристики дисперснонаполненных композитов на основе полиэтилена и частиц резины // ЖПХ. – 2012. – Т.85. - № 5. - С.799-804.

9. Контарева Т.А., Кечекьян А.С., Серенко О.А. Новый механизм деформирования высоконаполненных композиционных материалов на основе полиэтилена и частиц резины (резинопластов) // Тезисы докл. XIV Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии». - Тула. - 28 июня – 2 июля 2012. - С.438.

10. Контарева Т.А., Кечекьян А.С., Синевич Е.А., Серенко О.А. Пластичнопластичный переход нового типа в дисперснонаполненных композитах // Докл.

АН. 2012. Т.445. - №6. - С.649-652.

11.Контарева Т.А., Кечекьян А.С., Синевич Е.А., Серенко О.А. Особенности деформационного поведения дисперсно-наполненных композиционных материалов на основе полиэтилена и частиц резины при повышенных температурах // Пласт.массы. - №11. – С. 37-44.



 
Похожие работы:

«Рыкунов Алексей Александрович ПЕРЕНОСИМОСТЬ КВАНТОВО-ТОПОЛОГИЧЕСКИХ АТОМНЫХ И СВЯЗЕВЫХ ДЕСКРИПТОРОВ В РЯДУ ЗАМЕЩЕННЫХ ГИДРОПИРИМИДИНОВ специальность 02.00.04 — физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва — 2011 Работа выполнена на кафедре квантовой химии факультета естественных наук Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор...»

«ФАТЕЕВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ НЕКОТОРЫХ n-, n- И nv- КОМПЛЕКСОВ ЛЬЮИСА НА ОСНОВАНИИ КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ МЕТОДОМ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ 02.00.04 - физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Томск - 2007 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томский государственный педагогический университет Научный руководитель : доктор...»

«ГЕРАСЬКО Ольга Анатольевна КУКУРБИТ[n]УРИЛЫ И КОМПЛЕКСЫ МЕТАЛЛОВ – СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ АДДУКТЫ, КОМПЛЕКСЫ И СОЕДИНЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЯ 02.00.01 – неорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Новосибирск – 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН Научный консультант доктор химических наук, профессор Федин Владимир Петрович Официальные...»

«Карачевцев Фёдор Николаевич СИНТЕЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СТЕКОЛ И ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Bi2O3 - B2O3 - MoO3 И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ ДЛЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ Специальность: 02.00.01 - Неорганическая химия 02.00.02 - Аналитическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2008 г. Работа выполнена на кафедре Неорганической химии и кафедре Стандартизации и сертификации Московской государственной академии тонкой химической...»

«ФЕДОТКИНА (СРИБНАЯ) ОЛЕСЯ СЕРГЕЕВНА РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К РАЗДЕЛЕНИЮ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ПЕПТИДНЫХ ПРОДУКТОВ С АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Саратов – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Самарский государственный университет Научный руководитель : доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Пурыгин Петр Петрович Официальные...»

«ШПАНЧЕНКО Ольга Валерьевна ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ТОПОГРАФИЯ ТРАНСПОРТНО -МАТРИЧНОЙ РНК 02.00.10 - биоорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора химических наук Москва - 2010 г. 2 Работа выполнена на кафедре Химии природных соединений Химического факультета Московского государственного...»

«Гутьеррес Портилла Джонни Вилард Фернандо (Колумбия) Электрокаталитическое окисление 2,4дихлорфеноксиуксусной кислоты и ее натриевой соли с использованием платиносодержащих электродов и анодов содержащих SnO2 (02.00.04 – Физическая химия) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва - 2011 г. 1 Работа выполнена на кафедре физической и коллоидной химии факультета физико-математических и естественных наук Государственного образовательного...»

«ФАДЕЕВ ~рей Геннадьевич МОЛЕКУЛЯРНАЯ ПОДВИЖНОСfЬ И ПЕРВАПОРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРЕБНЕОБРАЗНЫХ ПОЛИМЕРОВ С ФТОРАЛКИЛЬНЫМИ БОКОВЫМИ ГРУППАМИ. 02.00.06 - Химия высокомолекулярных соединений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. Москва, 1995 г. www.sp-department.ru Рабоrа выполнена в лаборатории поJJИМерных мембран ИнСТИiуrа...»

«Бакланова Яна Викторовна КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛАТОВ ЛИТИЯ Li2MO3 И ОКСИГИДРОКСИДОВ MO(OH)2 (M = Ti, Zr, Hf) специальность 02.00.21 – химия твердого тела Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Екатеринбург – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте химии твердого тела Уральского отделения РАН Научный руководитель : доктор химических наук, ведущий...»

«Фесенко Анастасия Андреевна СИНТЕЗ 2,5-ДИФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАМЕЩЕННЫХ ГИДРИРОВАННЫХ ПИРИМИДИНОВ И РОДСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва, 2007 Работа выполнена на кафедре органической химии Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова Научный руководитель : Доктор химических наук, профессор Шуталев Анатолий Дмитриевич Официальные оппоненты :...»

«Харисов Борис Ильдусович ПРЯМОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ФТАЛОЦИАНИНОВ И АЗОМЕТИНОВ Специальность 02.00.04 - Физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Ростов-на-Дону - 2006 2 Диссертационная работа выполнена в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской Академии Наук (г. Москва) и НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета (г....»

«Сорокина Наталья Викторовна ИЗУЧЕНИЕ РЕГИОНАЛЬНО-ФОНОВОЙ РАДИАЦИОННОЙ СИТУАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДОЗИМЕТРИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ СОДЕРЖАНИЯ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В МАТЕРИАЛАХ И ПРОДУКТАХ КУЗБАССА Специальность 02.00.04. – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово 2006 2 Работа выполнена на кафедре физической химии ГОУ ВПО Кемеровский госуниверситет. Научный кандидат физико-математических наук, доцент...»

«Левченко Алексей Владимирович Процессы в низкотемпературных суперионных сенсорах H2S 02.00.04 - физическая химия Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Черноголовка - 2006 Работа выполнена в Институте проблем химической физики Российской Академии Наук. Научный руководитель : кандидат химических наук Добровольский Юрий Анатольевич Официальные оппоненты : доктор химических наук, профессор Михайлова Антонина Михайловна доктор технических...»

«ПОДЛИПСКАЯ Татьяна Юрьевна СТРУКТУРА МИЦЕЛЛЯРНЫХ НАНОРЕАКТОРОВ TRITON N-42 ПО ДАННЫМ ИК-ФУРЬЕ И ФОТОН-КОРРЕЛЯЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ 02.00.04 физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Новосибирск 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН Научный руководитель : доктор химических наук Булавченко Александр Иванович Официальные оппоненты : доктор...»

«Козерожец Ирина Владимировна РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ СУБМИКРОННЫХ И НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ 02.00.04 - физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Панасюк Георгий Павлович...»

«Степанова Вероника Борисовна ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ДНК-СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫХ КОМПЛЕКСОВ И НАНОРАЗМЕРНЫХ МЕДИАТОРОВ ЭЛЕКТРОННОГО ПЕРЕНОСА 02.00.02 – Аналитическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Казань – 2013 Работа выполнена на кафедре аналитической химии Химического института им. А.М. Бутлерова федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Казанский...»

«ЛИПЧИНСКИЙ КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КИСЛОТНЫХ РАСТВОРОВ И ИХ ФИЛЬТРАЦИЯ В ТЕРРИГЕННЫХ ПОРОДАХ (ПЛАСТ ЮС2) 02.00.04 – физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Тюмень – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Тюменский государственный университет на кафедре неорганической и физической химии и Тюменском отделении СургутНИПИнефть ОАО Сургутнефтегаз. доктор химических наук, профессор...»

«Ямскова Ольга Васильевна Свойства мутантов пенициллинацилазы из Escherichia coli по положению 145 и 149 альфа субъединицы, 71, 384, 385 бета субъединицы в реакциях ацилирования аминосоединений и стереоселективного гидролиза амидов 02.00.15 – кинетика и катализ 03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва 2011 Работа выполнена на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ имени...»

«Быстрова Александра Валерьевна СЕТКИ И ТОНКИЕ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КАРБОСИЛАНОВЫХ ДЕНДРИМЕРОВ: СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА Специальность: 02.00.06 - высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2006 www.sp-department.ru Работа выполнена в лаборатории синтеза элементоорганических полимеров Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН и на кафедре физики полимеров и...»

«АБХАЛИМОВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИЛЕНОВИЧ МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ КЛАСТЕРОВ И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЕГО ИОНОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ В ПРИСУТСТВИИ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ Специальность 02.00.04 - физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва 2008 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН Научный руководитель : член-корреспондент РАН, доктор химических...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.