Материал: Структурные механизмы формирования механических свойств зернистых полимерных композитов

Маллинэова повреждаемость на структурном уровне приводит к несовместности перемещении а областях раэрыиои м отслоений. В тех случаях, когда поверхности микрораэрывов окаэыпаются п со­ прикосновении друг с другом, а это неизбежно п механически неод­ нородных гетерогенных структурах, между межфазнымл поверхно­ стями возникает трение как новы II физически И процесс, оказываю­ щий значительное влияние на эффективное механическое поведение композитов. Это пиутрсппсс мсжнопсрхпостнос трение замкнуто на объемах порядка размера частиц наполнителя. Фрикционная дис­ сипация указанного типа, насколько нам известно, не стала пока объектом обстоятельных исследовании, хотк се роль о формирова­ нии механического поведения представляется значительной, особен­ но когда материал подвергается циклическим воздействиям.

В композитах, матрицы которых содержат пластификатор, воз­ никает еще один диссипативныЛ механизм, способный вызывать при деформировании заметное изменение механического поведения. Вы­ сокая локальная неоднородность силовых нолей на размерном уров­ не частиц наполнителя вызывает перетекание пластификатора из мест, где матрица гидростатически сжата, о места, где она гидроста­ тически растянута. Это приводит х перераспределению матричных микрообъемов н в конечном счете к ослаблению напряженного со­ стояния системы, которое внешне носпринимаете я как обычная вяз­ коупругая релаксация напряжений п матрице, Эффект становится особенно заметным при высоких концентрациях пластификатора п матрице.

И, наконец, источником непостоянства свойств является также неоднородность микродеформацпй в полимерных матрицах, обусло­ вленная наличием частиц наполнителя и случайным их распреде­ лением, которая приводит к микроскопической неоднородности те­ пловыделений термодинамической природы. Это явление получило название термоупругого гистерезиса. Значимость эффекта зависит от условий деформирования и свойств матричного материала. В мягких эластомерных матрицах при невысоких скоростях деформи­ рования композита этот эф<]>ект вряд ли может быть значительным.

Многолетние нсслсдопаиня вязкоупругих свойств полимеров, от­ раженные и многочисленных монографиях, создали достаточный на­ учный задел для успешного использовании этого механизма при ре-

1ИСШ1И разнообразных научных л т-схпичсских проблем. Поэтому в данной монографии процессы молекулирной вязкоупругости не рассматриигнотся.

Основное внимание уделено описанию и ксследопанию менее изу­ ченных структурно-механических проблем: геометрии случайно об­ разованных структур, особенностям структурных напряжений и де­ формаций, аоэнихнолейию и развитию структурной поиреждешюсти, закономерностям микрофрикцнн, мнкродпффузиоиным влия­ ниям, процессам перехода от накопления микроскопической повре­ жденное™ к макроскопическому разрушению.

Представлялось целесообразным осуществлять построение струк­ турной теории па основе иерархического подхода, поднимаясь от некоторого нижнего размерного уроння, с<|юрмиропапного на базе фе­ номенологии, через более крупные структурные уровни к макроско­ пическому размеру с соответствующими осреднениями па каждой иерархической ступеньке, 13 соответствии с этой схемой в качество нижнего размерного уровня был принят размер, включающий хотя бы одну частицу наполнителя и прилегающую к ней прослойку ма­ трицы. Состаилякицис элементы таких исходных систем (матрица н частицы) принимаются некоторыми континуумами и характеризу­ ются соответствующими континуальными характеристиками, таки­ ми как модули сдвиговой н объемной упругости, упругие потенциалы II Г1р.

Методологический подход, отраженный в данной монографии, представляет попытку решения проблем структурной механики по схеме, описанной выше, хотя это удалось реализовать зге в подпой мере,

13 вводном разделе дается общее представленне о специфике ме­ ханического лоледеиия зернистых полимерных композитов (он по­ строен как обобщение опытного материала п данной области) к иысназываются предположении о механизмах, формирующих это пове­ дение.

Далее рассматривается комплекс структурных проблем общего назначения ( геометрический синтез случайных структур, создание методов расчета структурных напряжениII к деформаций) и частных задач по исследованию отмеченных бышс специфических механиз­ мов (диффузия пластификатора в неоднородных силовых нолях ма-

трины, структурная повреждаемость, фрикционным механизм, воз­ никновение макроскопического разрушения из рассеянных мпкроповреждеинП; некоторые континуальные феноменологические), по­ строенный па базе структурных представлений.

Хотя все главы связаны единым замыслом, каждая из них явля­ ется достаточно закопченным исследованнем, которое может быть использовано в работах, выходящих за рамки данном монографии.

Монография завершается общей оценкой полученных результа­ тов н рекомендациями но дальнейшим напраплеииям н ауш от но-

Г Л А В А1

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ЗЕРНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ

В . В . М о ш е и , В . I I . К о н р о »

" Истинные пауки — гпс, которые опыт

заставил пройти екоозъ ощущения*

Леонардо да /1инчи

1.Феноменологические наблюдения

Испытания композитов при простом одноосном нагружении об­ наруживают ряд споКетненпых только им особенностей, совокупный учет которых очень затрудняем построение адекватных феномено­ логических описании. Широко распространены испытания! при ко­ торых образцы растягивают с постоянно!! скоростью, фиксируя о качестве отклика материала его силовое сопротивление. Механиче­ ская характеристика материала чаще всего представляется зависи­ мостью напряжения (7, вычисленного по отношению к начальному сечению образца, от деформации е. Этот вид испытаний будет нами использован в основном при анализе механического поведения ма­ териала. Рисунки, приводимые далее, иллюстрируют общую зако­ номерность, не отражая индивидуалыюсть какого-либо конкретного композита. Указание численных значении деформации, напряжений