Главная » 2014 » Август » 15 » Скачать Роль эластичных и жестких включений в процессах пластического течения и разрушения наполненного полипропилена. Березина, бесплатно
00:43
Скачать Роль эластичных и жестких включений в процессах пластического течения и разрушения наполненного полипропилена. Березина, бесплатно
Роль эластичных и жестких включений в процессах пластического течения и разрушения наполненного полипропилена
Диссертация
Автор: Березина, Светлана Михайловна
Название: Роль эластичных и жестких включений в процессах пластического течения и разрушения наполненного полипропилена
Справка: Березина, Светлана Михайловна. Роль эластичных и жестких включений в процессах пластического течения и разрушения наполненного полипропилена : диссертация кандидата химических наук : 02.00.06 Москва, 2005 162 c. : 61 05-2/642
Объем: 162 стр.
Информация: Москва, 2005
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
11 Механизмы повышения энергии разрушения полимеров при высокоскоростном нагружении в присутствии эластомерной фазы
111 Механизмы упрочнения стеклообразных полимеров
112 Механизмы упрочнения частично-кристаллических полимеров
12 Влияние жестких включений на деформационное поведение и энергию разрушения полимерных композитов
121 Микропроцессы деформирования в наполненных пластичных полимерах на начальной стадии нагружения
122 Деформационное поведение и механические свойства дисперсно наполненных пластичных полимеров при квазистатическом растяжении
123 Деформационное поведение и вязкость разрушения дисперсно наполненных полимеров при высокоскоростном нагружении
124 Сопоставление механических свойств дисперсно наполненных полимеров при низко- и высокоскоростных испытаниях
13 Механические свойства трехфазных композиций на основе частично-кристаллических полимеров с жесткой и эластомерной фазами
131 Пути регулирования морфологии композиций
132 Влияние морфологии на модуль упругости и предел текучести композиций при растяжении
133 Влияние морфологии на энергию разрушения композиций
14 Хрупко-вязкий переход и существующие концепции его реализации в наполненных полимерах
Глава 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
21 Объекты исследования
22 Методы получения композиций и приготовления образцов
23 Методы исследования
Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
31 Влияние природы наполнителя на механизмы пластического течения и энергию разрушения бинарных композиций ПП/жесткий наполнитель и модельной ударопрочной системы ПП/СКЭП при низкой и высокой скоростях нагружения
311 Морфология композиций
312 Деформационное поведение композиций при квазистатическом растяжении
3121 Модельная система ПП/СКЭП
3122 Композиции ПП/жесткий наполнитель
313 Влияние эластомерных и жестких включений на энергию разрушения наполненого ПП и микродеформационные процессы при ударном нагружении
3131 Модельная система ПП/СКЭП
3132, Композиции ПП/жесткий наполнитель
32 Влияние структурной организации трехфазных композиций ПП/жесткий наполнитель/СКЭП на их деформационное поведение и энергию разрушения
321 Регулирование фазовой морфологии трехкомпонентных систем
322 Влияние фазовой морфологии на механические свойства композиций при квазистатическом растяжении
3221 Влияние содержания и характера распределения жесткой и эластомерной фаз на модуль упругости композиций
3222 Деформационное поведение композиций и характер микропроцессов порообразования
323 Закономерности влияния морфологии трехфазных композиций на энергию разрушения при высокой скорости нагружения
3231 Влияние морфологии на ударную вязкость, механизмы разрушения композиций и характер микродеформационных процессов
3232 Влияние морфологии композиций на параметры разрушения на стадиях инициирования и роста трещины
324 Сравнительный анализ закономерностей влияния содержания наполнителя на механизм разрушения композиций ПП/СКЭП и ПП/СС/м-СКЭП при ударном нагружении Критерий хрупко - вязкого перехода
33 Взаимосвязь между закономерностями деформационного поведения композиций при низкой скорости нагружения и • ударной вязкостью наполненного ГШ
ВЫВОДЫ
Введение:
Актуальность темы. Изотактический полипропилен относится к частично-кристаллическим термопластастичным полимерам класса полиолефинов. По объему мирового производства полимерных материалов ГШ занимает 4 место наряду с такими крупнотоннажными пластиками, как ПЭНП, ПЭВП, ПВХ, и превышает производство ПС, ПА, ПЭТФ и АБС пластиков. Благодаря легкой перерабатываемое™, низкой плотности, теплостойкости, прочности, экологичности и низкой стоимости ПП находит применение в различных отраслях промышленности при производстве пленок, волокон, труб, товаров народного потребления, а также широко используется для получения композиционных материалов.
В то же время, расширение областей применения ПП в качестве конструкционного материала требует улучшения таких его свойств, как жесткость и сопротивление разрушению при низких температурах и ударных нагрузках. Традиционно повышения этих характеристик достигают, соответственно, модификацией полимера либо жестким, либо эластичным наполнителем. Как правило, улучшение одного из свойств сопряжено со снижением другого. Так, повышение ударопрочности 1111 при введении эластомера сопровождается потерей жесткости; с другой стороны, повышение жесткости полимера за счет жесткого наполнителя часто сопровождается ухудшением его пластических свойств. В связи с этим исследование возможностей повышения ударной вязкости полимера за счет введения жесткого наполнителя и путей оптимизации баланса между энергией разрушения и модулем упругости наполненных полимеров является актуальной задачей, представляющей интерес как с практической, так и с научной точки зрения. Очевидно, что подход к решению такой задачи должен основываться на исследовании взаимосвязи структурной организации гетерогенных полимерных систем с микродеформационными процессами и макроскопическим механическим поведением.
В настоящее время наиболее высокий уровень понимания механизма повышения энергии разрушения в присутствии эластомерных включений достигнут для композиций на основе хрупких аморфных полимеров. Показано существование нескольких каналов диссипации энергии и, разработаны количественные подходы к оценке вязкости разрушения при хрупком разрушении. Наиболее эффективный механизм упрочнения стеклообразных полимеров при модификации обусловлен инициированием множественных крейзов между эластомерными частицами [1].
Частично-кристаллические полимеры (ПК, ПП, ПЭВП и др.) являются высоко пластичными материалами в области средних температур и низких скоростей нагружения. Однако при низких температурах или высоких скоростях нагружения они разрушаются хрупко и характеризуются низким сопротивлением росту трещины. В научной печати активно дискутируются вопросы о механизмах диссипации энергии, обусловливающих повышение ударной вязкости кристаллических полимеров при модификации эластомером, и о параметрах структуры полимер - эластомерных систем, ответственных за механизм упрочнения. Показано, что эффективность эластомерного модификатора обусловлена его способностью к кавитации, размером и свойствами частиц каучука. При ударном нагружении образцов с надрезом микропоры инициируют сдвиговые деформации полимера, что снижает ограничения на пластическое течение, существующие у вершины трещины, облегчает диссипацию энергии и, при определенных условиях, приводит к переходу от хрупкого к вязкому разрушению. Предложены различные критерии хрупко-вязкого перехода, в частности, достижение критической толщины прослойки полимера между частицами, а также достижение критического размера пластической зоны на стадии инициирования трещины. Однако данные критерии остаются дискуссионными. Существующие количественные подходы к оценке вязкости разрушения модифицированных полимеров в условиях вязкого разрушения носят полуэмпирический характер и не описывают в полной мере влияния природы и свойств дисперсной фазы на механизм упрочнения.
В связи со снижением жесткости материала при модификации эластомером в последние 10-15 лет активно исследуются возможности повышения энергии разрушения в присутствии жестких частиц, что потенциально позволяет одновременно сохранить и модуль упругости материала. Закономерности влияния структурных параметров наполненных полимеров, таких как содержание частиц, их форма и межфазная адгезия на модуль упругости широко исследованы экспериментально и теоретически. Установлено, что деформационные и прочностные свойства наполненных полимеров в значительной мере определяются микропроцессами деформирования и разрушения в окрестности включений. По аналогии с представлением о том, что повышение ударной вязкости полимерных смесей с эластомером связано с кавитацией частиц каучука и зарождением микропор, предполагается, что в случае дисперсно наполненных полимеров эффективным каналом диссипации энергии при разрушении может быть образование множественных пор за счет отслоения частиц. Однако закономерности изменения энергии разрушения полимеров в присутствии жестких включений изучены в значительно меньшей степени, чем при модификации эластомером.
Цель работы - проведение сравнительного анализа деформационного поведения двухфазных композиций с жестким наполнителем, трехфазных композиций с жесткими и эластомерными включениями на основе ПП и модельной ударопрочной системы ИИ/эластомер при низкой и высокой скоростях нагружения и установление закономерностей влияния природы и содержания включений, размера жестких частиц и межфазной адгезии, а также характера распределения фаз в трехфазных системах на микро деформационные процессы, механизмы пластического течения и вязкость разрушения композиций.
Основными задачами исследования были: изучение микро- и макромеханизмов пластического течения и разрушения композиций с жесткой и эластомерной фазой с целью установления общих закономерностей и различий, обусловленных влиянием природы включений; анализ закономерностей микропроцессов порообразования при нагружении в композициях с эластичными и жесткими включениями; изучение микромеханизмов диссипации энергии, ответственных за вязкое разрушение, и условия хрупко-вязкого перехода в наполненных полимерах при высокоскоростном нагружении; анализ корреляции между деформационным поведением композиций при квазистатическом нагружении и энергией разрушения при ударе; оптимизация баланса между модулем упругости и ударной вязкостью наполненных полимеров. Научная новизна
Установлена взаимосвязь между природой и размером включений, интенсивностью микро процессов межфазного расслоения и механизмами пластического течения и разрушения наполненного 1111. Показан специфический микромеханизм деформирования полимеров в присутствии включений, связанный с зарождением пор при нагружении и развитием пластических деформаций внутри микропористых зон дилатационного течения типа крейзов.
Установлен ряд общих закономерностей влияния содержания эластомерных включений и жестких частиц оптимального размера на микро- и макромеханизмы пластического течения при квазистатическом нагружении, обусловленных облегченным порообразованием (в результате кавитации эластомерных включений или отслоения жестких частиц) на ранней стадии деформирования. Найденные закономерности предложено использовать в качестве модельных закономерностей влияния концентрации пор на поведение гипотетической системы «полимер с порами».
В дополнение к полученным ранее данным о роли размера жестких частиц в процессах пластического течения и разрушения наполненных полимеров при низкоскоростном растяжении установлены закономерности влияния этого фактора на деформационное поведение композиций при высокой скорости нагружения: подтверждена двойственная роль размера включений как адгезионного и геометрического факторов, обусловливающих хрупкое разрушение наполненных полимеров при ударном нагружении; показано существование размера жестких частиц оптимального в плане повышения ударной вязкости.
Показано, что меньшая эффективность жестких частиц оптимального размера по сравнению с эластомерным наполнителем в плане повышения ударной вязкости полимеров является следствием более высокого напряжения их отслоения при ударном нагружении по сравнению с напряжением кавитации эластомерных включений. Найдено, что капсуляция жестких частиц эластомерной оболочкой является эффективным способом снижения напряжения порообразования при нагружении и повышения вязкости разрушения наполненного полимера. Создание трехфазных композиций с капсулированными жесткими частицами оптимального размера предложено в качестве подхода для улучшения баланса между ударной вязкостью и модулем упругости наполненного полимера. Практическая значимость работы
Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации характеристик наполнителя с целью создания дисперсно наполненных термопластов с улучшенным комплексом механических свойств.
Результаты исследования микропроцессов диссипации энергии, ответственных за хрупкое или пластическое разрушение, могут быть использованы при разработке модели, описывающей механизм упрочнения частично-кристаллических полимеров при высоких скоростях нагружения за счет введения дисперсной фазы разной природы.
