НАРУШЕНИЕ ПРАВИЛА АДДИТИВНОСТИ В АДГЕЗИОННЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 
где а
и сг
- напряжения в волокнах и в матрице соответственно; V
- объемная доля волокна.
Однако экспериментальные измерения показывают, что в композитах существуют значительные отклонения по сравнению со свойствами, предсказанными правилом смесей. Причем эти отклонения могут быть как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения свойств композита.
При недостаточно качественной адгезии наблюдается высокая концентрация дефектов на границе раздела и снижение сопротивления к разрушению соединения. В случае волокнистых наполнителей увеличивается неэффективная длина волокон, при разрушении наблюдается вырывание волокон из матрицы - так называемая «метелка». Это приводит к низкой реализации прочности волокнистого наполнителя, иногда в два раза.
Вместе с тем при достаточной адгезии с армирующим наполнителем могут проявляться неожиданно высокие свойства композита. Это известно еще по эксперименту Пихлера с композицией сталь - серебро. Оказалось, что образцы из серебра, армированные продольно ориентированными стальными проволочками, при растяжении проявляют в два раза более высокую способность к деформации, чем следовало ожидать исходя из свойств компонентов. Свободные стальные проволочки при растяжении обычно деформировались с образованием шейки. Вся дальнейшая деформация затем происходила в основном в шейке, что и приводило к быстрому разрушению. В композиции образованию шейки препятствует матрица, связанная с проволочками адгезионными силами, и проволочки вплоть до разрыва деформируются без шейки. Вследствие этого проволочки нагружаются более равномерно, их несущая способность увеличивается.
Прочность стеклянных волокон в стеклопластиках в два раза больше, чем в свободном состоянии. Причину упрочнения волокон авторы объяснили тем, что, во-первых, как и в эксперименте Пихлера, исключается свободное изменение поперечных размеров. Во-вторых, связующее влияет на поверхность волокон и на их дефектность, что оказывает решающее влияние на механические свойства волокон в целом. Разрывное удлинение волокон в стеклопластике по сравнению с разрывным удлинением свободных волокон возрастает на 45%.
Эффект упрочнения арматуры, который наблюдается в КМ, объясняется не только более равномерным распределением напряжений и защитой поверхности, но и тем, что благодаря матрице перенапряженных связей оказывается меньше.
Таким образом, даже тонкий слой матрицы на поверхности арматуры изменяет физико-химическое состояние молекул в поверхностном слое, приближая его к состоянию, которое они занимают в объеме материала, т.е. матрица устраняет принципиальные «физические недостатки» поверхностного слоя арматуры, причем этот эффект сохраняется, пока не нарушена адгезионная связь.
Приведенные данные свидетельствуют о решающем влиянии интенсивности межмолекулярного взаимодействия полимера с подложкой (собственно адгезии) на адгезионную прочность. Многие способы повышения адгезионной прочности основаны на непосредственном воздействии на собственно адгезию. Согласно многочисленным экспериментальным данным именно этот путь наиболее эффективен для создания высокопрочных КМ. Создание химической связи между волокнами и матрицей меняет кинетику разрушения композиции. Кроме того, образование химических связей между компонентами приводит к дополнительному упрочнению волокна и заметно повышает долговечность композита.
При рассмотрении долговечности адгезионного соединения необходимо учитывать особенности напряженного состояния. Вопрос о напряжениях в адгезионных соединениях имеет, по крайней мере, два самостоятельных аспекта. Во-первых, межфазная граница в адгезионных соединениях оказывает влияние на скорость релаксационных процессов. Во-вторых, в адгезионных соединениях особенно велика роль остаточных напряжений, обусловленных особенностями химической природы полимера и различием термических коэффициентов расширения компонентов КМ. Остаточные напряжения - дополнительный фактор, снижающий долговечность адгезионного соединения. С известным приближением можно принять, что остаточные напряжения суммируются с внешней нагрузкой.