Техника исследования энергетики взаимодействия на границе раздела фаз и критериальная оценка адгезии в полимерных композиционных материалах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Р Г Б ОД

9 ДЕК <РР7

На правах рукопися

Кмстъ В.Т1ССЛЯЗ АлСКСССОНЧ

ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ И КРИТЕРИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА АДГЕЗИИ В ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

Специальность 01.04.01-Техннха физического эксперимента, автоматизация физических исследований, физика приборов

Автореферат диссертация на соискание ученой степени : кандидата технических наук

I

БАРНАУЛ 1997

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете (АлгГТУ)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

- доктор технических наук,

профессор Маркин В.5.

- доктор технических на\к,

профессор Бунаков В.А.

кандидат физнко - математических наук, доцент Федяшш В .Я.

Ведутцая организация - АО ЦНИИС\1.'(Центральный

НИИ специального машиностроения,

г. Хотьково)

Защита состоится "_" _1997 г. в _ час. на

заседании диссертационного совета К 064.29.01 в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656099 г. Барнаул, пр. Лешша 46, гл. корпус, конференцзал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АлгГТУ.

Автореферат разослан "24" ноября 1997 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Замятин В.И.

Актуалыюсть проблемы.

Основной тенденцией в развитии машиностроительного комплекса следует считать постоянное снижение веса изготавливаемых изделий. Особенно остро эта проблема стоит для авиационной и ракетно-космической техники, так как ее усложнение и удорожание в последние годы требует поиска путей создания высокоэффективной техники при минимальных затратах.

Один из путей решения этой проблемы - широкое использование композиционных материалов с полимерной матрицей в высоконагруженных элементах конструкций. Композиционные материалы представляют собой сочетание разнородных по форме и свойствам двух или большего числа материалов с четкой границей между ними. Совместная работа разнородных материалов дает эффект, равносильный созданию нового материала, свойства которого качественно и количественно отличаются от свойств каждого из составляющих. Расширение областей применения таких материалов привело к появлению большого класса изделий из армированных пластиков.

Состав требований, предъявляемых к изделиям из композитов, достаточно разнообразный, и включает требования нормального функционирования конструкции в условиях статического и динамического нагружения, эксплуатационные факторы связанные с внешними воздействиями, среди которых температурные и радиационные поля играют в настоящее время не последнюю роль.

Способность материала удовлетворять комплексу эксплуатационных требований выявляется при анализе физико-механических свойств, среди которых взаимодействие в твердом состоянии на границе раздела является определяющим для оптимального переноса свойств компонент в композиционный материал. Важнейшим и наиболее слабым моментом существования конструкции и реализации свойств матрицы и наполнителя в композитах является наличие оптимальной адгезии, поскольку она наряду со свойствами компонент определяет характеристики композита.

Поэтому создание материалов с заданным комплексом свойств, либо модификация свойств композитов на уровне компонент или их совмещения невозможны без определения адгезии и ее количественной характеристики, что представляет серьезную экспериментальную проблему при создании высокопрочных изделий этого класса.

Разработке и реализации вопросов техники исследования посвящена данная работа, в основу которой положены научные исследования, выполненные на кафедре "Физика и технология композиционных материалов" Алтайского государственного технического университета при непосредственном участии автора.

Основная цель работы - анализ влияния границы раздела на энергетику взаимодействия фаз, разработка техники и методов ее исследования, разработка комплекса автоматизированной оценки адгезионной прочности в композиционных материалах.

Научная новизна работы

1. Впервые реализован комплексный феноменологический подход к проблеме техники исследования влияния -поверхности раздела фаз на основе анализа свойств переходного слоя в волокнистых композиционных материалов.

2. Разработана экспериментальная основа оценки адгезионной прочности, определяющей вклад свойств компонент в свойства композита.

3. Установлены закономерности зависимости сдвиговой прочности в микропластиках от площади контакта, положенные в основу трехпараметрической экспоненциальной модели критериальной оценки адгезии.

4. Реализована техника определения адгезионной прочности в исследованиях по модификации свойств границы раздела, показана применимость разработанного метода в экспериментах материаловедческого направления.

5. Разработана концепция автоматизированных исследований адгезионной и сдвиговой прочности в волокнистых композиционных материалах.

Практическую ценность представляет разработанный метод оценки адгезии по разрушающим испытаниям микропластиков, позволяющий существенно снизить материалоемкость экспериментов.

Основные защищаемые положения

1. Анализ техники исследования энергетики взаимодействия на поверхности раздела в двухкомпоненгных системах, представителями которых являются композиционные материалы, содержащие армирующий наполнитель, позволяет перенести акцент на экспериментальную оценку существования промежуточного слоя и его влияние на взаимодействие компонент.

2. Молекулярно-кинепиеский подход к понятию адгезии позволяет использовать адгезионную прочность в качестве критериальной оценки энергетики поверхности раздела и требует разработки техники ее количественного определения.

3. Структурно-феноменологическая оценка сдвиговой прочности в микропластиках дала возможность разработать методику определения не

только энергии взаимодействия в межфазном слое, но и макроскопические характеристики композиционного материала на основании трехпараметрической экспоненциальной модели обработки экспериментальных данных.

4. Разработанные методы экспериментальной оценки адгезионной прочности имеют важное значение для материаловедов, занимающихся исследованиями модификации свойств волокнистых наполнителей в широком диапазоне модифицирующих воздействий.

5. Применение достаточно хорошо изученных методов оптоэлекгроники, тензометрии и электрофизики позволяют разработать автоматизированную компьютерную систему определения адгезии в композиционных материалах.

Апробация работы.

Основные результаты исследования докладывались на краевой конференции "Совершенствование технологии получения и обработки сплавов и композиционных материалов" (КИЦМ, Красноярск, 1990), Научно - практической конференции (Барнаул, 1992), Научно - технической конференции (Барнаул, 1994), Международной научно - технической конференции "Композиты - в народное хозяйство России"(Барнаул, 1995), Научно - практической конференции (Бийск, 1995), Международной научно -технической конференции "Композиты - в народное хозяйство России" (Барнаул, 1997).

Публикации иго теме диссертации.

По материалам исследования опубликовано £ печатных работ, получено решение о выдачи патента.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения. Объем диссертации:/^¿страницы основного текста, рисунка, таблиц. Список литературы содержит ^наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, научная и практическая значимость проблемы, сформулированы цель работы и ее научная новизна, изложены основные выносимые на защиту положения, приведена краткая характеристика работы.

В первом разделе рассматриваются проблемы формирования поверхностного слоя в композиционных материалах, теории адгезии и молекулярно - кинетическое описание адгезии, техники и возможности ее учета в энергетике взаимодействия фаз.

Адгезия - физико - химический процесс, протекающий на поверхности при конденсировании фаз с образованием новой гетерогенной системы, и с

образованием межфазной области с особыми физико - химическими свойствами.

В главе показано, что нельзя переносить характеристики объема материала на свойства поверхностного слоя, так как поверхностные слои по своим физико - химическим характеристикам являются переходными (межфазными), разделяющие фазу наполнителя и фазу полимера. Эти различия определяются энергетическим состоянием молекул полимера на границе раздела и объема.

Из-за невозможности молекул полимера принять такое же число возможных конформаций как в объеме, и как результат перераспределение в поверхностных слоях фракций разных молекулярных масс, формируется неоднородная по толщине структу ра - пленка.

На практике, метод молекулярного зонда позволяет обнаружить увеличение плотности упаковки макромолекул в граничном слое по сравнению с плотностью упаковки в объеме.

Граничные слои наполненных полимеров характеризуются сложной структурой и их параметры (температура стеклования, плотность упаковки, молекулярная подвижность и др.) изменяются немонотонно по мере удаления от поверхности наполнителя.

Теоретически, можно рассчитать минимальное значение модуля упругости переходного слоя и его протяженность по модели представленной формулой (1).

модуль матрицы меньше модуля волокна; - радиус волокна; кх,к2 -

показатели степени, введенные в уравнение (1) для учета степени гетерогенности переходного слоя, а их отношение = а коэффициент

адгезионного взаимодействия) характеризует качество передачи нагрузки между матрицей и волокном.

Другой вывод подчеркивает два основных фактора влияющих на основу формирование КМ: энергетика поверхности и подвижность молекулярных цепей. Мерой степени молекулярной подвижности служит температура стеклования.

Температура стеклования композита определяется:

(1)

где V

т

р - модуль полимерной матрицы и волокна, причем

Т _ Упс{апс2 ^псхТ£пс + Ут (ат2 ат\У'gm ^2)

& Упс(апс2 ~ апс\) + хт{ат1 ~ат\)

где а - коэффициент термического расширения, Упс, ит - объемные доли элементов наполнителя, переходного слоя и матрицы.

В настоящее время существует большое количество адгезионных теорий и не существует единой теории описания явления адгезии.

Необходимо отметить, что с физической точки зрения молекулярная теория дает наиболее правильное представление о межфазных явлениях и хорошо коррелирует с термодинамикой, а самой старой из теорий является теория химических связей.

Однако нецелесообразно использовать только термодинамическую теорию, без учета структуры макромолекул и межмолекулярных взаимодействий либо только химическую теорию.

Во втором разделе показана реализация адгезии в адгезионной прочности двухкомпоненгной системы, проведен анализ экспериментальной зависимости адгезионной прочности от энергетики поверхности контактирующих компонент и температуры.

Адгезионная прочность является кинетической величиной, определяется условиями разрушения, дефектами структуры материала. Теоретическая и практическая прочности не соответствуют друг другу. Теоретическая определяется молекулярными силами, а фактическая сильно зависит от дефектов структуры, в частности наличия слабых граничных слоев, микронеровностей поверхности, вязкости адгезива и его усадки.

Следует учитывать не только наличие и гип функциональных групп в макромолекулах полимерного связующего, но и пространственное строение полимера, длину и гибкость макромолекул.

Между величинами адгезии и адгезионною прочностью существует соответствие в случае, когда последняя будет определяться в термодинамически равновесных условиях разрушения бездефектной структуры (при деформации с бесконечно малой скоростью). С точки зрения теории, только термодинамическая работа адгезии относится к собственно адгезии двух тел и имеет физический смысл независимо от условий испытания или формирования адгезионного соединения.

Формирование границы раздела композита начинается уже на стадии смачивания наполнителя раствором связующего в виде растворов различной концентрации. Концентрация связующего существенным образом влияет на

состоянием границы раздела. Последнее определяет характер разрушения материала.

В главе рассмотрено влияние смачивания поверхности наполнителя связующим на адгезию. Большое различие между поверхностной энергией наполнителя и связующего обеспечивает хорошее смачивание поверхности волокна связующим и улучшает полноту контакта при их совмещении. Поэтому для улучшения адгезии между волокном и матрицей, применяют различные методы повышения поверхностной энергии волокна.

Рис. 1. Зависимость изменения адгезионной прочности Аг0 (Б) и

ЬТисх

краевого угла смачивания в (А) от продолжительности обработки волокна.

На рис. 1 (А) показано, как меняется краевой угол смачивания, образуемый на борных волокнах связующим ЭП-2, при травлении волокон в 58% растворе ЗгШ03, при 117°С в течение различного времени.

На рис. 1 (Б) показано также, как меняется при травлении волокон адгезионная прочность системы борное волокно - эпоксиполиизоцианатное связующее.

Процесс создания адгезионного соединения в системах матрица -моноволокно существенно зависит от вязкости связующего, а следовательно, от температуры формирования контакта Тф. Зависимость т сд от Тф, является экстремальной (рис. 2).

Восходящая часть кривой отражает рост адгезионной прочности за счет увеличения реальной площади контакта в результате понижения вязкости расплава. Уменьшение г при Т >300 °С объясняется, по-видимому, ростом термоупругих напряжений, возникающих в соединении при охлаждении его до комнатной температуры.

АТо/Тисх

Т, С

О 2,5 6 7,6 10 12 30

С 2,5 5 7,5 10 12 30

В реальных процессах формирования пластиков, осуществляемых под давлением при Т=300° С, адгезионная прочность будет достигать максимально возможных для данной системы значений. х, МПа

45

Чем выше температура стеклования матрицы, тем до более высоких температур сохраняется прочность границы раздела волокно -полимерная матрица.

Т,°С

290 293

Рис.2. Влияние температурного формирования соединений матрица -моноволокно СВМ на адгезионную прочйость при площади контакта 8Ф= 3.8*10'

т, МПа

Змм2.

120 100« 80 ео

. 40 20 О

н щ

Л II йИ* ¡1

¡1 И Рч

— Рошвсан МВ-1

—й—Эпоксмновсяачн

гя матрица —Эпошшторсоде ршщгя

Т,°С

40 51 62 80 100120 160 Ж) 2^0

Рис.3. Влияние температуры испытания на адгезионную прочность соединений углеродное волокно - полимерная матрица в абсолютных единицах.

Падение сдвигового напряжения (снижение адгезии) при повышенных температурах связано в первую очередь с изменением свойств полимерного связующего (см. рис.3, 4).

Силы действующие на границе раздела, обусловленные термическими напряжениями в процессе охлаждения достигают величины достаточной для

разрушения межфазных связей. Дефекты, возникающие при разрушении этих связей, накапливаются по мере увеличения количества циклов охлаждения. т,/т20,МПа

Рис.4. Влияние температуры испытания на адгезионную прочность соединений углеродное волокно - полимерная матрица в относительных единицах.

Далее, с разрушением связей между волокном и полимерной матрицей изменяется влияние остаточных напряжений. Чем меньше связей, тем больше несплошностей - дефектов, следовательно волокно и матрица имеют возможность деформироваться независимо, что приводит к уменьшению величины остаточных напряжений и сил связанных с напряжениями.

В третьем разделе рассмотрены и проанализированы технические аспекта определения адгезии связующих к волокнистым наполнителям в полимерных композиционных материалах, предложена экспериментальная оценка адгезия по сдвиговой прочности в микропластиках, разработаны модели расчета адгезионной прочности и предельной сдвиговой прочности.

Определение адгезии в системах полимер - волокно является необходимым этапом разработки новых конструкционных пластиков с улучшенными • свойствами. Существует достаточное количество микромеханических методов (см.рис.5).

Рис. 5. Схемы микромеханических методов определения адгезии полймеров к волокнам: а - вытягивание моноволокна из блока; б - капли; в -трехволоконный метод; г - пленки; д - микровыталкивание; е - КМВ тест.

1'

Вышеупомянутые методы довольно сложны аппаратурно, требуют наличия сложной микрометрической базы.

К недостаткам всех вариантов методов, связанных с вытягиванием волокна из матрицы, относится трудоемкость, необходимость изготовления и испытания большого количества (десятков и сотен) образцов, а также трудности работы с хрупкими, в особенности углеродными, волокнами. Кроме того, полученные значения адгезионной прочности сильно зависят от длины контакта. Но самым существенным недостатком вышеупомянутых, наиболее распространенных методов определения адгезии является слабое соответствие поведения волокон в образце с работой волокон в материале,

В этом разделе предлагается наиболее удобная методика определения адгезионной прочности по сдвиговой прочности в микропластиках с переменной базой контакта слоев. Использование критерия максимума правдоподобия позволило провести отбор этой модели и выделить как наиболее адекватную, трехпараметрическую экспоненциальную модель расчета. Уникальность математической модели расчета этой методики заключается в том, что она позволяет получать не только численное отображение адгезия, но и'предел прочности н» сдвиг, пересчитанный на материал, и дать достаточно простую физическую интерпретацию входящих в нее параметров.

Для практического использования методики изготавливают группу образцов с переменной площадью контакта.

Необходимость переменной базы контакта слоев в образцах обусловлена тем, что после проведения серии разрушающих испытаний на сдвиг в полученных микропластиках формируется база данных, позволяющая получать и анализировать зависимость сдвиговой прочности от площади контакта.

Математическое отображение трехпараметрической экспоненциальной модели имеет ввд (рис. 5):

г, = /4 + Ве

-¿У

(3)

где А, В и Л - некоторые коэффициенты, а «У - площадь разрушения контакта двух слоев образца.

В частности параметр А имеет смысл предела прочности при бесконечно большой площади контакта:

Л=гс<5 =>0°) (4)

Этот параметр является наиболее важным для определения свойств материала при расчетах конструкций, т.е. предел сдвиговой прочности. Сумма параметров А и В дает сдвиговую прочность при 5-»0, т.е.

у4+5=Гс(«У->0) (5)

и, следовательно, непосредственно может характеризовать прочность связи на межфазной границе, т.е. адгезионную прочность. В свою очередь, параметр X определяет быстроту перехода от локальных значений предела прочности к их значениям для макрообъемов.

Материалоемкость образцов для построения зависимости Тс = у (5)

существенно ниже расхода материалов для получения одного образца при испытаниях по методу короткой балки.

тс МПа

5, мм

Рис. 6. Зависимость сдвиговой прочности в микропластиках от площади контакта слоев по трехпарамегрической экспоненциальной модели

Тс^А+Ве'^-

Четвертый раздел диссертации посвящен исследованию возможностей разработанного метода экспериментальной оценки характеристик композитов при модификации поверхности раздела в

результате плазмо-химической, радиационно-химической и радиащгонно -термической обработок армирующих волокнистых наполнителей, позволяющих создавать и закреплять промежуточные и барьерные слои на границе раздела и изменять характер распределения напряжений.

Теоретические аспекты, отображающие механику композитов, говорят об определяющем влияшпг адгезионной прочности на характер разрушения композита, о влиянии модификации на адгезионную прочность и о необходимости создания барьерного слоя путем модификации составных частей композиционного материала.

Рис. 7. Зависимость характера разрушения при различных значениях коэффициента безопасности.

Рис. 8. Влияние промежуточного слоя на характер нахружения злокнистых композитов.

Если £ > ' происходит разрушение связующего, после чего

;чезает коллективность нагружения волокон.

Ез

Если £ к к\' разрушение композита происходит через разрушение

волокон. Стеклопластики и органопластики являются примерами первого случая, углепластики - второго.

Оптимальным материалом будет материал, для которого ^ и

разрушение матрицы и наполнителя происходит одновременно. Попытки достигнуть повышение прочности связующего неизбежно влекут за собой увеличение его жесткости и эффект применения связующего сводится к

нулю.

Другой путь заключается в снижении модуля упругости матрицы, при котором наступает разрушение волокон, когда деформации матрицы еще не достигли своей критической величины. Но пластифицирование матрицы не давало должного эффекта, так как волокно не включалось в совместную работу. Это приводило к разрушению волокон в отдельности и не давало никакого выигрыша. Но если на поверхности волокна создать барьерный слой связующего с модулем больше чем у матрицы, включение в работу волокна, матрицы и выравнивание коэффициентов к и отношение

которых в авиастроении называют коэффициентом безопасности, позволяет получать безопасные конструкции, в которых не возникает растрескивания (рис. 7, 8).

Техника измерения адгезии нашла подтверждение в материаловедческих исследованиях, по целенаправленному изменению адгезии в результате выбора необходимой модификации (плазменной, радиационно - химической, радиационно - термической) армирующих волокон, выбора пропиточных систем, концентраций, условий осуществления модификации и т.д., это позволяет качественно оценивать методики обработки волокон и отбирать оптимальные.

Практическое подтверждение применимости эксперимента получено в исследованиях по обработке наполнителя низкотемпературной плазмой и использовании радиационно - стимулированных модификаций. Модификация плазмой позволяет направленно регулировать состав и структуру поверхностного слоя композита, а значит целенаправленно изменять адгезию. Радиационно - стимулированные модификации, являются также инструментом для активации взаимодействия на поверхности раздела и позволяют создавать, закреплять и изменять концентрацию активных центров на поверхности волокнистых наполнителей, т.е. изменять величину адгезии между наполнителем и полимерной матрицей, а также позволяют существенно сократить время отверждения.

Экспериментально установлено, что отдельные методики позволяют увеличить адгезионную прочность в полимерных композитах более чем в два -четыре раза.

Пятый раздел диссертации посвящен разработке автоматизированной системы исследования адгезионной прочности. Особое внимание уделено применению многоэлементных фотоприемников для контроля и определения геометрических параметров поверхности раздела, оценке точности измерений геометрических и статических параметров адгезионной поверхности.

Использование автоматизированной системы на основе многоэлементного фотоприемника, позволяет проводить экспресс - оценку адгезионной прочности, что особенно важно при исследовании изменения адгезии в результате какой-либо обработки волокнистого наполнителя. Автоматизированная система позволит существенно сократить время получения информации об адгезии или ее изменении в микропластике, повысить точность измерения площади адгезии в образце, уменьшить вероятность ошибки связанной с человеческим фактором в процессе постановки опыта.

Эти положения подтверждены положительным решением по заявке на изобретение. Способ автоматизированного определения адгезии в полимерных композиционных материалах направлен на обеспечение исследований в области материаловедения композитов и получение достоверных результатов при разработке материалов с заданным комплексом свойств.

Блок схема автоматизированной системы измерения адгезии приведенная на рис.8, базируется на известных методах оптоэлекгроники, тензометрии и электрофизики, ко по новизне приложения получила решение на зыдачу патента РФ.

Источник излучения позволяет проецировать необходимую часть >бразца (площадь склейки) на многоэлементный фотоприемник.

Оптическая система - формирует изображение в плоскости шогоэлементного фото приемника (МЭФ).

МЭФ - преобразует оптический сигнал в электрический.

Предусшпггель - предназначен для усиления сигнала выходящего с зоточувствительных ячеек МЭФ.

Анагогово - цифровой преобразователь (АЦП), снимает с юточувствительных ячеек МЭФ аналоговый сигнал через предусилитель, цифровываст его и посылает в оперативное запоминающее устройство - ОЗУ.

Рис. 8. Блок - схема адгезиометра.

ОЗУ - хранит полученную информацию о кадре изображения.

Блок управления развертки, синхронизации - служит для формирования синхросигналов, задающих цикл работы устройства:

® задает период считывания изображения;

® задает время начала опроса элементов фотоприемника, время экспозиции,

время считывания сигнала с фотоприемника; о переключает блок запоминающего устройства из режима чтения в режим записи;

о выполняет роль сигнала готовности к обмену данными блока запоминающего устройства с ЭВМ.

Блок сопряжения - обеспечивает двухсторонний обмен данными (информация - сигналы управления) между. ЭВМ и остальным собственно устройством.

Динамометрический блок - позволяет определить усилие разрыва образца с помощью тензометрических датчиков, сигнал с которых усиливается и записывается в ОЗУ.

ЭВМ, на основе поступающих данных о площади контакта и разрушающем усилии, и с помощью программы основу которой составляет трехпараметрическая экспоненциальная модель, рассчитывает сдвиговое напряжение и выводит необходимые для исследователя данные на монитор. '

Особый интерес представляет использование зажимов образца работающих на принципе Пельтье. При прохождении через контакт двух проводников (полупроводников) электрического тока, в зависимости от направления которого, помимо джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, названное теплом Пельтье. Тепло Пельтье пропорционально первой степени тока и меняет знак при изменении направления последнего. Тепло Пельтье выражается формулой:

Оп=Пд (6)

ц - количество прошедшего электричества;

П - коэффициент Пельтье зависящий от природы контактирующих материалов и их температуры. Для металлов 102 - 10"3 В, для полупроводников порядка 3*10"' -10"3 В.

Тепловой расчет, проведенный для зажимов, в которых в качестве рабочего тела используется сургуч, показал, что цикл "размягчение -отверждение" сургуча происходит за время 10 - 15 с, что позволяет сократить врем проведения эксперимента.

Рис. 10. Схема закрепления образца микропластика в зажимах работающих на принципе Пельтье: 1- образец микропластика; 2 - зажим; 3 -элемент Пельтье; 4 - тумблер; 5 - пусковая кнопка; 6 - источник питания.

Таким образом, автоматизация разрушающих испытаний на сдвиг, позволяет получить более точную информацию о площади контакта в образце, об разрушающем усилии, сдвиговой прочности, а следовательно об адгезии, о процессах проходящих на границе раздела, о влиянии различных методик на адгезионную прочность, и ускорить анализ полученной информации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

Как было показано в работе, при конструировании изделий из полимерных конструкционных материалов огромная роль уделяется вопросу адгезии, поскольку от процессов происходящих на поверхности раздела фаз будут зависеть свойства будущего материала и изделия. Проведенные в работе исследования, позволяют сделать выводы о роли адгезии и о возможности качественной и количественной оценки адгезии в полимерных композиционных материалах основываясь на разработанный метод и его аппаратурное приложение.

1. Промежуточный слой в двухкомпонентной системе, представителями которых являются композиционные материалы, определяет энергетику взаимодействия фаз и нуждается в количественной и качественной оценке.

2. Количественной характеристикой, определяющей основные свойства композитов, является адгезионная прочность, поэтому разработка техники ее экспериментального определения служит основой оптимизации граничного взаимодействия, а следовательно, и оптимизации материала.

3. Среди разнообразных способов измерения адгезионной прочности наибольшей информативностью обладает разработанный метод разрушающих испытаний микропласгаков, позволяющий не только получать необходимую информацию об адгезии, но и снижать материалоемкость экспериментов.

4. Анализ экспериментально полученных зависимостей сдвиговой прочности микропластиков от площади контакта слоев, проводимый по предложенной трехпараметрической экспоненциальной модели, позволяет дать критериальную оценку микроскопических (адгезионная прочность) и макроскопических (сдвиговая прочность) характеристик волокнистых композитов.

зработанный метод оц&оси характеристик композитов успешно реализован матерналоведческих исследованиях по оптимизация взаимодействия на шнце раздела фаз за счет применения радиаднонно - химических и аз.чохнмяческих способов модификации поверхносгн наполнителей, зработано аппаратурное обеспеченне (адгезнометр) для получения массива шшх, позволяющих реализовать возможности трехпараметрнческой деля оценхн адгезия в полимерных композитах, что представляет сомнеяный интерес для разработчиков новых материалов, .пользование известных закономерностей и методов оптоэлектротпш, язометрня; элекгрсфизнхк н компьютерных технологий положили основу гоматнзацнн исследования адгезии я ее количественной оценхл, позволили щсствепно сократить длительность получения экспериментальных зультатов.

зные результаты диссертации содержатся в следующих работах:

петь В.А. Сдвиговая прочность в углепластиках н пути ее повышения: /

»докл. студенческой краевой конференции "Совершенствование

хнолопш получения и обработки сплавов я композиционных материалов".

ШЦМ. - Красноярск Изд-во "Сибирь", 1990. - С.90.

меть В.А, Шумахер Е.А., Аникеева ЛМ. Влияние модификации

зверхносга армирующих волокон на прочностные характеристики

экшопластнхов. / Тез.докл. научно - практической конференции. - АПИ. -

зрнаул: Изд-во АПИ, 1992. - С.62. '

меть В.А., Маркин В.Б. Сдвиговая прочность в углепластиках И пути ее

эвышеннж. / Тез.докл. научно - практической конференции. - АПИ. -

арнаух Изд-во АПИ, 1992. - С.71.

!метъ В.А. Эволюция в области углеродных волокон и арамвдов. /Тез. докл. аучно - технической конференции. - АлтГТУ. - Барнаул: Изд-во АдгГТУ, 994.-С..

1аркин В.Б., Аникеева JIM.,. Головина Е.А, Кметь В.А. Влияние юдификацня поверхности армирующих волокоя на прочностью аракгернстакн ортаношшегихов. / Тез.докл. международно ä научно -ехническоа конференция "Композиты - в народное хозяйство России". -игтГТУ. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1995. - С.Н.

/1аркнн В.Б., Аникеева JIM., Кметь В.А. Влияние модификации юверхностн углеродных волокон на прочностные характеристики глепласгахов. /Тез.докл. научно - практической конференции. - БТИ. -лйск Изд-во АлтГТУ, 1995. С.130.

Ларкни В.Б., Кметь В.А. Вакуумные технологии в производстве изделий из юмпозиционных материалов. /Тр. международной научно - технической

конференции "Композиты - а народное хозяйство России*. - АЛтГТУ. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1996. - С.4.

8. Маркин В.Б., Аникеева Л.М., Рязанцев А А., Кметь В.А. Применение плазмо - химических методах дня обработки поверхности полиолефиновых волокон. /Тр. международной научно - технической конференции "Композиты - в народное хозяйство России". - АлтГТУ. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1996. - С.13.

9. Положительное решение по заявке «Способ автоматизированного определения адгезии в полимерных композиционных материалах» Р39681 от 4.11.1996 г. авторы Маркин В.Б., Акнкеевпа Л.М., Кметь В.А.

10. Кметь В.А. Разработка автоматизированного определения адгезионной прочности в композиционных материалах. ЛГезлокл. международной научно - технической конференции "Композиты - в народное хозяйство России". - АлтГТУ. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1997. - С.94.

Подписано в печать 24.11.97. Фермат 60x84 1/16. Печать - ризограф»*. Усл. п. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 97-1/

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И.Ползуновл, 656099, г.Барнаул, пр-т Ленина, 46

Лицензия на издательскую деятельностъ ЛР№ 020822 от 21.09.93 г.

Отпечатана в типографии АлтГТУ