Материал: Структурные механизмы формирования механических свойств зернистых полимерных композитов
состояниям термодинамической несовместимости с жидкой фазой. Это означает, что химический потенциал жидкой фазы стремится х бсскоиечности. Начинается процесс перетекания жидкости из на торкала. п области пространства, где химический потенциал ниже. Такими областями являются поры о материале и окружающая сре да. Жидкость начинает выделяться из эластомера. Этот прощкх продолжается до тех пор, пока химические потенциалы кнутри латериала и о окружающей среде нс станут* рапными.
В реальной действительности материал может просто "не до жить” до состояний, когда массообмеи примет такие яркие с|юрыы, что будет хорошо заметем и доступен для экспериментального из учения. Полимерный образец может разорваться раньше, тем будет заметно выступление пластификатора на его поверхности. Так и произойдет и рассматриваемом примере.
На рис. 12 нохлзщца экспериментальная граница коэможкого ра стяжения образца (кривая АВ). При достижении соответствующих значений удлинений (дли каждой концентрации жидкой фазы они своп) происходит макрораэрушеиие. Вес, что находится IIранее и выше кривой АП, соответствует состоянию разрушения материала.
В приведенном расчете полагалось, что разрыв образца наступает
втот момент, когда растягивающая сила 1> отнесенная к площади сечения сухого образца 5/, достигает критического значения /*:
~= Л ( т .)
Зависимость /„ = / в(т«) лзята из эксперимента ([ЗОф рис, 13). 0 итоге условие разрыва образка сформулировано в виде
(91)
где о — растягивающее напряжение и условиях одноосного нагру жения; А — удлинение вдоль оси растяжения; Св = 1,1 МПа.
«Н рассматриваемом материале нельм наблюдать процесс сысклепил жидкой фаги из образца при шггдемсекаи.
11а этом, казалось бы, можно закончить. Эластомерный обра зец разрушается раньше, чем удлинения начнут существенно илиять на химический потенциал пластификатора. 1То есть аргумент,
Р
Рис. 13. Завнсииос-гг» раэрыппосо усилия Р , отнесенного к пло щади сечении образца в сухом
СОСТОЯНИИ ОС МОССЫ одного моля полимерии* нспсН ш* для ПДМС злпстомероп. Сплош ном линией показана исиольаоВШ1НМ1 л расчете аппроксима ции. Точкаминписссны эксперт», ментальные значении
заставляющим пае внимательнее присмотреться к сделанному выво
ду. Хорошо известно, что наполнение эластомера молкоднснсрсиым твердым паполшпелом может ПРИВОДИТЬ К повышению ПРОЧНОСТИ ЮКОГО композита на порядок по сряпнсмпю с прочностью евнэугощего. Частиц1.1 наполнителя о такоП системе расположены недале ко друг от друга. В зазорах между включениями материал дол жен выдерживать усилия на дна порядка более высокие, чем чистое однородное связующее. Следующие гипотезы позволяют объяснить подобные эффекты.
1.Дели полимерно!! сетки скользят но поверхности наполнителя. В результате нагрузка распределяется более равномерно по цепям.
2.Около частиц наполнителя имеются ориентированные слои по лимера, обладающие высоко!!: прочностью.
3.Разрушение материала начинаетея с прорастания разрыва около дефекта. Но вероятность нахождения дефекта матрицы п зазоре между включениями мала. Поэтому прочность матрицы а зазоре очень высока.
4.Появление повреждении о эластомере вдет по термофлуктуациоиному механизму.
Подобное справедливо по отношению не только к высокоианолиенпым эластомерам, но и к кристаллическим полимерам, между кристаллитами которых находится материал в эластичном состоя* нии. Пучность таких сред тоже на порядок выше прочности элас томера.
На рпс. 12 кривой С Г) отмечены состой пня эластомера, в которых действующие напряжении в 10 раз превышают нагрузки, определя емые формулой (91). Нее, что находится ниже н левее кривой СО, соответствует меньшим усилиях!. Им соответствуют и области со стояний, где деформации среды существенно влияют на химический потенциал жидкой фазы.
*Яри нагружении кристаллических- полимеров м эластомеров,
успели «г .мелкодисперенк.« акшивпьлм наполимтслс.и, возмож ны следующие моления. В зазорах между твердыми часглица.ни
могут возникать напряжения, вызывающие процессы псрстсканил жидкой фазы из областей, где химический ношенцилл стел существенно выше, о области, где ом ниже. Такие явлении бу дут происходить на масштабном уровне отдельны* включений.
Втоже время на масштабах, соизмеримых с рлл.ис/мг.ни образ ца, никаких люссообмениыг .макроскопических процессов не бу дет.
•Полишатъ описанному выше явлению может только недоста точная прочность нолид1сра о эластичной фазе .материала.
Сформулированные выводы нельзя получить на основе анали за экспериментов с макрообраэцамн (как это показали приведенные расчеты). Масштабный фактор прочности не позволит их деформи ровать до тех значений, которые возможны (согласно ряду' ныеказвпцых гипотез) на микроскопическом уровне отдельных включений. Математическое моделирование слойств эластомера на компьютере может внести ясность в эти допросы. Такая попытка предпринята в пашей работе.
6. З ак л ю ч ен и е
В данной главе рассмотрены особенности математическою опи сания поведения пластифицированных эластомеров. Для анали за физико-механических свойств системы предложено использовать выражения свободной энергии его компонент, учитывающие важные характеристики полимерных сеток: молекулярную массу полимер ных цепей; содержание жидкости на стадии зашивания макромо лекул в сетку; содержание пластификатора и момент нагружении.