Введение к работе
Актуальность исследования. Одним из путей создания современных конструкционных материалов с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами является формирование слоистых металлополимерных композитов (МПК), состоящих из чередующихся слоев металла и пластика, армированного высокопрочными высокомодульными волокнами (органическими, арамидными, углеродными, борными, стеклянными). Прогресс современного машино- и приборостроения и авиационно-космической техники обеспечивается такими важнейшими свойствами современных полимерных композитов, как вибро- и трещиностойкость, ударопрочность, статистическая и динамическая усталость, связанными с их релаксационными свойствами. Данные свойства определяются способностью композитов рассеивать энергию при наложении внешних физических полей.
Динамический механический анализ полимеров и полимерных композиционных материалов (ПКМ) широко применяется как для исследования процесса отверждения и релаксационных свойств полимеров, так и структурных изменений в композитах на их основе. Релаксационные спектры ПКМ по результатам динамического механического анализа отождествлялись с поведением только полимерной матрицы (ПМ) и вопросам изучения анизотропии не уделялось должного внимания. Метод изгибных резонансных колебаний более эффективен при исследовании анизотропии релаксационных свойств однонаправленных ПКМ. В работе применены методы динамического механического анализа совместно с другими методами релаксационной спектрометрии для детального изучения анизотропии упругих и релаксационных свойств волокнистых и слоистых композитов с различной технологической предысторией. Для достижения высоких характеристик нового материала алора (алюмоорганопластика) по сравнению с традиционными сплавами алюминия в качестве полимерного компонента выбраны высокопрочные высокомодульные органопластики (ОП) на основе арамидных и других органических волокон (ОВ), обладающие высокой удельной прочностью и жесткостью при растяжении в сочетании с большой вязкостью разрушения и специфическим взаимодействием между ПМ и ОВ.
Цель работы состояла в исследовании особенностей релаксационных свойств органопластиков, гибридных и слоистых МПК на основе пластин из алюминиевых, магниевых и медных сплавов, металлических сеток.
В соответствии с целью были поставлены задачи:
– изучение релаксационных свойств ОП и гибридных композитов;
– исследование особенностей релаксационных свойств слоистых МПК, в зависимости от природы, структуры и взаимодействия армирующего наполнителя, ПМ, а также металлических слоев, технологических режимов изготовления;
– изучение влияния физико-химической модификации на релаксационные свойства многослойных печатных плат (МПП);
– сравнения теоретических моделей и экспериментальных данных.
Научная новизна. В результате проведенных исследований релаксационных свойств органопластиков, гибридных и слоистых МПК получены следующие результаты:
-
Обнаружены новые процессы релаксации в ОП вдобавок к процессам релаксации в ПМ и ОВ, связанные с двумя межфазными слоями и предложена четырехуровневая структурная модель органопластика;
-
Установлена существенная анизотропия релаксационных и электрических свойств композитов в области проявления -процесса релаксации. Слоистые металлические компоненты уменьшают анизотропию релаксационных и электрических свойств композитов;
-
Обнаружена мультиплетность процесса релаксации в фольгированных стеклотекстолитах (ФСТ), обусловленная возникновением граничных слоев при взаимодействии ПМ со стеклянными волокнами и медной пластиной;
-
Слои ОП в составе металлоорганопластиков (МОП) способны эффективно выполнять функции усиления полимерной армированной матрицы и улучшения релаксационных характеристик композита;
-
Сравнив теоретические модели и экспериментальные данные, были определены модели, адекватно описывающие упругие свойства композитов.
Практическая ценность
Разработаны рекомендации по выбору оптимальных способов физико-химической модификации и технологических режимов изготовления волокнистых и слоистых МПК с высокими релаксационными и физико-механическими характеристиками.
На основе исследований методами крутильных и изгибных колебаний предложены методики оценки прочности адгезионной связи компонентов ОП и МОП.
Определены температурные интервалы эксплуатации анизотропных полимерных композитов, которые существенно различаются для материала в зависимости от угла между направлениями армирования и приложения нагрузки.
Сравнив данные экспериментов с теоретическими моделями, выделены модели, адекватно описывающие упругое поведение композитов для стеклообразного состояния.
Результаты работы внедрены на авиационных предприятиях, машиностроительной и электронной промышленности, используются при чтении спецкурса «Физика полимеров и композитов».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты экспериментальных исследований релаксационных свойств ОП, гибридных и слоистых МПК, МПП;
2. Обнаружение анизотропии на основе исследований релаксационных упругих и электрических свойств, а также проявления i–процессов релаксации в композитах;
3. Взаимодействие армирующего органического стеклянного наполнителя, слоистых медных, алюминиевых и стальных пластин, сеток и ПМ приводит к возникновению межфазных (граничных) слоев, проявляющихся в появлении i-процессов релаксации;
4. Результаты теоретических расчетов моделей композитов и их сравнение с экспериментальными данными.
Апробация и внедрение. Результаты исследований обсуждались на: IV Международной конференции «Авиация и космонавтика – 2005» (Москва, сентябрь 2005 г.); IX Международной конференции по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры IX» (Одесса, сентябрь 2005 г.); Международной конференции, посвященной 70-летию член-корреспондента РАН И.К. Камилова «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах» (Махачкала, ноябрь 2005 г.); XII Международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Ярополец, Москва, февраль 2006 г., МАИ); III Всероссийской научной конференции по физико-химическому анализу, посвященной памяти профессора А.Г. Бергмана (Махачкала, апрель 2007 г.); Региональной научно-практической конференции «Молодые ученые – вклад в реализацию национального проекта «Развитие АПК»» (Махачкала, май 2007 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию ДГСХА «Образование, наука, инновационный бизнес – сельскому хозяйству регионов» (Махачкала, октябрь 2007 г.); IV Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (Нальчик, сентябрь 2008 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы из 178 наименований. Содержит 134 страницы текста, в том числе 20 рисунков и 7 таблиц.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, изданных в центральной, республиканской печати, в том числе 1 работа в рекомендованных ВАК изданиях.
