Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор
1 1. Свойства композитов с жестким дисперсным наполнителем 10
1.2. Свойства и структура смесей полимеров с эластомерами
1.3. Свойства резинопластов на основе термопластичных полимеров и измельченных отходов резины 40
2. Объекты и методы исследования 49
3. Структура резинопластов 61
3.1. Влияние частиц резины на степень кристалличности и скорость кристаллизации матричного полимера 63
3.2. Модуль упругости резинопластов 71
4. Параметры, характеризующие деформационное поведение резинопластов 76
4.1. Верхний предел текучести 78
4.2. Нижний предел текучести 81
4.3. Предел прочности 86
5. Факторы, влияющие на деформационные свойства резинопластов 90
5.1. Свойства матричного полимера 92
5.1.1. Условие пластично - пластичного перехода 94
5.1.2. Условие пластично - хрупкого перехода 100
5.1.3. Переход от хрупкого к однородному пластичному деформированию 111
5.1 А. Однородное деформирование полимерной матрицы 115
5.1. Размер частиц наполнителя 118
5.2.1. Пластично-хрупкий переход, инициированный крупными частицами наполнителя
5.2.1.1. Образование ромбовидных пор 118
5.2.1.2. Образование и развитие крейзов 130
5.2.2. Форма образующихся пор 137
5.2.3. Критерий появления ромбовидных пор в дисперсно-наполненных полимерах 145
5.2.4. Разрушение резинопластов, вызванное разрывом частиц наполнителя 150
5.3. Влияние температуры 159
5.4. Прокатка резинопластов 172
5.3.1 Материалы на основе полиэтилена средней плотности
5.3.2. Материалы на основе полиэтилена высокой плотности 183
6. Описание прочности резинопластов при 190 различных типах деформационного поведения ...
7. Особенности деформационного поведения резинопластов при однородном пластичном 201 растяжении
7.1. Микроскопические исследования деформирования композитов 202
7.2. Деформационные свойства высоконаполненных резинопластов 211
7.3. Условие роста деформации при разрве резинопластов 217
Выводы 225
Список литературы
- Свойства резинопластов на основе термопластичных полимеров и измельченных отходов резины
- Модуль упругости резинопластов
- Переход от хрупкого к однородному пластичному деформированию
- Микроскопические исследования деформирования композитов
Введение к работе
Актуальность темы. В развитии науки о композитных дисперсно-
наполненных материалах можно выделить два основных этапа. Первый связан с
исследованием наполненных каучуков. На основании результатов
экспериментальных исследований было установлено, что механические характеристики (прочность и относительное удлинение при разрыве) эластичных композитов с жестким неактивным наполнителем определяются свойствами и содержанием матричного полимера и монотонно снижаются с уменьшением его концентрации [1]. Второй этап связан с изучением композитов на основе пластичных полимеров с жесткими частицами. В этих материалах зачастую происходит переход от пластичного деформирования к хрупкому разрыву (охрупчивание) при небольших степенях наполнения [2, 3]. Изменение характера разрушения сопровождается резким уменьшением относительного удлинения при разрыве - от 400-800% до 10-20%. Использование термопластов с высоким удлинением при разрыве и повышение качества смешения полимера с наполнителем не позволяют избежать охрупчивания материалов. Определенный уровень понимания деформационного поведения наполненных полимеров, достигнутый при изучении наполненных каучуков, оказался недостаточным для объяснения эффекта охрупчивания наполненных термопластов, а аналитические выражения, описывающие монотонное снижение предельной деформации эластичных композитов, неприемлемыми для прогнозирования концентрационных изменений деформируемости наполненных пластиков.
Согласно высказанным ранее предположениям [3, 4], охрупчивание композитов связано с образованием шейки в полимерной матрице. При определенной степени наполнения композит разрушается при формировании шейки. Относительное удлинение материала при таком разрыве крайне невелико. Разрозненные литературные данные указывают на то, что концентрационный интервал пластичного поведения композита определяется не столько удлинением при разрыве матричного полимера, сколько его способностью к деформационному упрочнению [3]. Наряду с наполненными пластиками, в которых осуществляется переход от пластичного к хрупкому разрушению, термопластичные полимеры с жесткими частицами могут оставаться пластичными в широком диапазоне степеней наполнения, несмотря на формирование шейки в матричных полимерах 15].
Изучение проблемы охрупчивания и сохранения пластичности наполненных пластиков представляется актуальным как с точки зрения фундаментальных аспектов механики композитных материалов, так и для успешного решения широкого круга прикладных задач. Несмотря на многочисленность работ, посвященных исследованию дисперсно-наполненных пластичных полимеров с целью получения материалов с требуемыми характеристиками, в настоящее время отсутствует общий теоретический подход при рассмотрении влияния частиц наполнителя на деформационное поведение композитов на основе пластичных полимеров.
И>С НАЦКБАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА
ОЭ 2<ІОДяхтЬЧ
В последние десятилетия появились новые композиционные материалы -резинопласты. В резинопластах в качестве матрицы используется термопластичный полимер; наполнитель - частицы резины, полученные при измельчении отходов резино-технических изделий. Отличие дисперсной порошковой резины от традиционно используемых жестких наполнителей заключается, в первую очередь, в том, что модуль упругости эластичного наполнителя значительно меньше модуля упругости термопластичной матрицы. Во-вторых, в большом размере частиц резины, который достигает сотен микрон. По составу (полимерная матрица — частицы наполнителя) и способу получения резинопласты относятся к классу дисперсно-наполненных композитов. К настоящему времени резинопласты мало изучены.
Цель работы состояла в установлении основных факторов, определяющих деформационное поведение дисперсно-наполненных композитов. На примере резинопластов исследовали:
-влияние деформационного поведения полимерной матрицы, а именно, образования или отсутствия шейки, на характер разрушения композита;
- условия и причины изменения деформационного поведения композитов;
-влияние размера частиц резины на характер разрушения композитов;
-влияние адгезионного взаимодействия между матричным полимером и
эластичным наполнителем на деформационное поведение композитов.
Научная новизна. Экспериментально доказана и развита общая концепция влияния дисперсного наполнителя на деформационное поведение наполненных пластичных полимеров.
Впервые:
показано, что деформационное поведение композита на основе полимера, деформирующегося с образованием шейки, зависит от свойств матричного полимера, содержания и размера частиц эластичного наполнителя;
определены условия изменения деформационного поведения композитов с дисперсным эластичным наполнителем:
от макронеоднородного пластичного к хрупкому и, затем, к однородному пластичному растяжению;
от макронеоднородного пластичного к однородному пластичному, минуя стадию хрупкого разрушения;
показано, что содержание наполнителя при пластично-хрупком переходе определяется отношением прочности к нижнему пределу текучести (напряжению вытяжки шейки) матричного полимера, при хрупко-пластичном и при пластично-пластичном переходах - отношением верхнего предела текучести матричного полимера к нижнему;
показано, что при макрооднородном пластичном растяжении композитов с эластичными частицами возможен рост относительного удлинения при разрыве; определены условия повышения деформируемости материалов;
показано влияние адгезионной прочности на концентрацию наполнителя при пластично-пластичном, пластично-хрупком и хрупко-пластичном переходах;
установлено, что размер частиц наполнителя предопределяет форму образующихся дефектов. Вблизи мелких частиц появляются овальные поры, а вблизи крупных - ромбовидные. Ромбовидные поры способны инициировать пластично-хрупкий переход при крайне низком содержании наполнителя; определен критерий появления ромбовидных пор в композите.
Практическая значимость диссертационной работы. Полученные в работе результаты могут быть использованы для прогнозирования деформационно-прочностных свойств дисперсно-наполненных композиционных материалов.
Личный вклад автора заключается в постановке цел ей и задач исследований, теоретическом и методическом обосновании путей их реализации, непосредственном выполнении исследований, интерпретации, трактовке и обобщении полученных результатов.
Отдельные этапы научных исследований имели финансовую поддержку Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 03-03-32259) и Программы фундаментальных исследований ОХМН РАН (Государственный контракт № 10002-251/ОХМН-03/128-126/250603-843).
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, посвященной столетию со дня рождения академика ПАРебиндера (Москва, 1998); на Втором всероссийском Каргинском симпозиуме «Химия и физика полимеров в начале XXI века» (Черноголовка, 2000); на 12 международной научной школе «Вибротехнология- 2002» (Одесса, 2002); на 11-ых и 12-ых Ениколоповских чтениях (Москва, 2003 и 2004), на Третьей Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры - 2004» (Москва, 2004), на XI Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2004).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка цитируемой литературы, насчитывающего 236 наименований. Материал изложен на 249 страницах, включая 17 таблиц и 105 рисунков.
Публикации. Основные результаты исследований изложены в 31 публикации в российских журналах.
Свойства резинопластов на основе термопластичных полимеров и измельченных отходов резины
В связи с увеличением использования полимерных материалов резко возрастает количество отходов производства и потребления. Утилизация полимерных отходов в настоящее время является актуальной экологической проблемой, поскольку при захоронении они устойчивы к естественному разложению, а их сжигание приводит к выделению токсичных газообразных продуктов. Отходы полимерных материалов являются огромным, но мало используемым сырьевым ресурсом. Переработка изношенных изделий дает возможность выделить и вторично использовать ценное полимерное сырье [8, 176- 182].
Измельчение полимерных отходов является ключевым моментом в решении сложной экологической проблемы [8, 182, 183]. В частности, резиновый порошок, полученный при измельчении отходов резинотехнических изделий или изношенных автомобильных шин, вводят в составы битумов, мастик, сорбентов [176], резин [184 - 191], композиционных материалов [192]. Введение небольшого количества порошка резины (до 25%) в состав полимерных композитов приводит к росту ударной вязкости [192 - 194], увеличивает светостойкость, стойкость к воздействию климатических факторов [195],
Использование порошка резины как наполнителя термопластичных полимеров является одним из перспективных направлений практического применения измельченных отходов резины [196]. Материалы на основе полимеров и частиц резины получили название резинопластов [8, 192 - 195, 197, 198].
Работы, посвященные исследованию резинопластов, можно условно разделить на три этапа. Первый этап посвящен оценке целесообразности использования порошка резины как наполнителя термопластов, выбору матричного полимера для получения композитов с приемлемыми характеристиками и определению оптимальных режимов получения материалов. Резинопласты получают смешением порошка измельченной вулканизованной резины с расплавом термопласта. Смешение проводят в резиносмесителях, пластико дере Брабендер, экструдерах, на обогреваемых вальцах [193, 194, 197 - 199]. Также как способ смешения компонентов материала используют методы упруго-деформационного воздействия [198] или динамической вулканизации [200, 201].
Способ получения композиции определяет качество смешения и свойства получаемого материала [198]. Выбор термопластичной матрицы и температурный режим переработки резинопластов основывается на соотношении температурных интервалов переработки термопласта и деструкции резиновых порошков [202]. Так, с повышением температуры смешения ПЭНП и порошка изношенной протекторной резины (ПЭНП:резина = 30:70) до 240С происходит значительное ухудшение деформационно-прочностных свойств резинопласта. Эффект связан с увеличением жесткости наполнителя в композиции и "антипластификацией" полиэтилена растворимой фракцией резины, содержание которой увеличивается с ростом температуры [202]. Деформационные свойства и ударная вязкость композитов, содержащих порошки из мягких, низкомодульных резин с малым наполнением выше, по сравнению с резиноп ластами с частицами из высокомодульных резин [193]. В качестве матричных полимеров для резинопластов можно использовать ПЭ [193 - 195, 198, 199, 202], ПП [200], ГТВХ [203], термопластичные эластомеры [204], отходы полиолефинов [205].
На основании качественного сравнения накопленных данных по исследованию композитов термопласт-порошок резины был сделан вывод, что композиты на основе ПЭНП или линейного ПЭНП (LLDPE), как полимера с низкой полярностью и низкой степенью кристалличности, имеют более лучшие механические характеристики, по сравнению с резиноп ластами на базе других матричных полимеров [193]. Отметим, что в работах, условно относящихся к первому этапу, исследовались материалы одного, двух или трех составов из ряда 40, 50, 60, 70 и 80 мас.% порошка резины. Это содержание резиновой крошки диктовалось экономической целесообразностью использования измельченных резиновых отходов и в то же время позволяло перерабатывать смеси, обогащенные эластичным наполнителем на обычном оборудовании для переработки пластмасс [193, 203, 206], Последнее обстоятельство связано с сохранением способности к течению резинопластов даже при больших содержаниях частиц резины. В работе [207] изучались реологические свойства ПЭНП, содержащего 40, 50, 70 мас.% резиновой крошки из варочных камер. В исследуемом диапазоне скоростей сдвига (до 60 с"1) кривые течения удовлетворительно описывались степенным законом Оствальда-де Виля. Приведенные в работе показатели текучести расплава исследованных смесей показывают, что для переработки резинопластов применимы высокопроизводительные методы, такие как литье под давлением, экструзия. Приведенные в цитируемой работе результаты, а именно, способность к течению композиции даже при высоком содержании эластичного наполнителя (70 мас.%), свидетельствует о сохранении матричным полимером непрерывности своей фазы.
Однако материалы на основе выбранного полимера (ПЭНП) имели достаточно низкие механические показатели и были не конкурентноспособны с традиционно используемыми композиционными материалами. Невысокие величины деформационно-прочностных характеристик материалов ПЭНП ( или LLDPE)- резина обусловлены большим размером частиц и плохой адгезией между полимерной матрицей и эластичным наполнителем.
Модуль упругости резинопластов
Одним из основных механических параметров материала является модуль упругости при растяжении. Упругие свойства композита определяются содержанием компонентов и его структурой. Зависимость модуля упругости системы полимер — сшитый каучук от состава можно использовать для определения сохранения непрерывности фазы матричного полимера с ростом концентации эластомера. Известно, что при инверсии фаз в смеси полимеров концентрационная зависимость модуля упругости полимер-полимерной композиции имеет сигмоидальный вид [102].
В таблице 3-6 приведены модули упругости и коэффициенты Пуассона исходных матричных полимеров и эластичного наполнителя (частицы резины на основе СКИ). Модуль упругости наполнителя существенно ниже модуля упругости полимерной матрицы
Нижние граничные значения в уравнении (3-8) оценивают модуль сдвига композита, в котором непрерывной матрицей является мягкий полимер (модуль сдвига матрицы меньше, чем модуль включений). Верхние граничные значения относятся к материалу, в котором матрица жестче, чем включения. Сопоставление экспериментальной зависимости модуля сдвига с теоретическими кривыми, рассчитанными по уравнениям Хашина -Штрикмана, позволяют определить, сохраняется ли непрерывность фазы одного из компонентов материала.
На рис.3-7 приведены расчетные кривые, полученные в предположении, что матрицей является термопласт (кривая 2) или резина (кривая 3). Также представлены экспериментальные значения относительного модуля упругости резинопласта на основе ПЭСП (кривая 1). Видно, что экспериментальные величины модуля упругости материала хорошо описываются кривой, соответствующей наполненному термопласту.
Учитывая это обстоятельство, можно заключить, что термопластичный полимер сохраняет непрерывность своей фазы во всем диапазоне концентрации частиц резины.
Верхнюю границу соотношения (3-8) после алгебраических преобразований можно представить в виде соответственно. Формула (3-10) известна как уравнение Кернера [146] и получена при рассмотрении деформирования упругого сферического включения, окруженного слоем матрицы, в бесконечно изотропной среде с эффективными характеристиками гетерогенной композиции (модель самосогласованной среды). В рамках этой модели предполагается, что полимерная матрица сохраняет свою непрерывность во всей области составов. Уравнение (3-10) предсказывает монотонное снижение модуля упругости материала с увеличением концентрации эластичного компонента в объеме жесткой матрицы. На рис.3-8 сопоставлены экспериментальные и теоретические зависимости модулей упругости исследуемых композитов. Характер снижения экспериментальных величин Е/Ет резинопластов с увеличением концентрации частиц резины аналогичен расчетным зависимостям, что указывает на то, что во всей области составов фаза жесткого полимера непрерывна.
Прочностные свойства пластичных полимеров характеризуют верхним пределом текучести, нижним пределом текучести, именуемым также напряжением вытяжки шейки, и прочностью при разрушении. При введении в пластичный полимер жестких частиц каждый из этих параметров изменяется со степенью наполнения, причем эти зависимости имеют различный вид [55, 57]. Концентрационное изменение предела прочности дисперсно-наполненного композита с жесткими частицами описывается уравнением (1-1): oc=am(l fiVf ) Зависимость верхнего предела текучести материала от содержания жестких частиц в случае отсутствия адгезионного взаимодействия между наполнителем и матрицей определяется уравнением (1-4): сгу = сгут (1 - flVf ) Влияние жесткого наполнителя на нижний предел текучести для материала с отслоенными частицами -формулой (1-5): ad - crdm (1 - Vf). Приведенные уравнения получены при рассмотрении модели композита, в которой предполагается, что наполнитель уложен в узлах регулярной кубической решетки (рис. 1-2).
В отличие от жесткого наполнителя, частицы резины деформируются вместе с матрицей. На рис.4-1 приведены снимки поверхности деформированных образцов композитов на основе ПЭНП. Эластичный наполнитель вытянут вдоль оси растяжения. При больших величинах деформации и сохранении сплошности материала напряжение в частицах может быть сопоставимо с напряжением в матрице, что необходимо учитывать при рассмотрении концентрационных зависимостей ас, сту и Od резинопластов.
Переход от хрупкого к однородному пластичному деформированию
Анализ уравнения (5-2) показывает, что концентрационная область содержания наполнителя, в которой композит сохранит высокую деформируемость, зависит от отношения прочности и нижнего предела текучести, т.е. от величины деформационного упрочнения матричного полимера R. Действительно, с ростом коэффициента деформационного упрочнения матричного полимера концентрационный интервал пластичного поведения резинопластов расширяется (рис.5-10).
Из уравнения (5-2) следует, что при отсутствии деформационного упрочнения, R= om/adm =1, концентрация наполнителя при пластично-хрупком переходе равна 0.
Деформационное поведение композита на основе полимера, разрушающегося при распространении шейки, i?=0"m/qdm= 1
Исследовали композиты на основе ПЭВП марки 273-77. В качестве наполнителя применяли эластичный наполнитель двух типов: частицы резины на основе СКИ и СКЭПТ.
На рис.5-11 приведены диаграммы деформирования ненаполненного ПЭВП и композита ГТЭВП-СКЭПТ при различном содержании частиц резины. Диаграммы растяжения ПЭВП с частицами резины на основе СКИ имеют аналогичный вид. ПЭВП деформируется с образованием шейки, которая распространяется неустойчиво, разрыв полимера происходит в процессе ее роста (кривая 1). Введение частиц резины инициирует хрупкое разрушение материала, происходящее при очень низких концентрациях частиц. Для определения критической концентрации наполнителя специально изготавливали образцы, содержащие малое количество частиц резины, вплоть до 1-5 частицы на образец. Оказалось, что для перехода к хрупкому разрушению достаточно введения в объем полимера одной-двух частиц. При этом не наблюдалось сужение образца и формирование шейки, т.е. разрушение было истинно хрупким.
На рис.5-12 представлена деформация материала при разрушении є в зависимости от концентрации частиц резины Vf. Введение наполнителя в ПЭВП приводит к резкому, в 20 раз, падению деформируемости. При содержании частиц вплоть до 0.40 об.дол. разрывное удлинение композитов составляет лишь 10-15% и одинаково для резинопластов с частицами резины на основе СКИ или СКЭПТ.
На рис.5-13а приведены снимки двух взаимно соответствующих поверхностей разрушения образца, содержащего одну частицу резины СКЭПТ. Поверхности имеют вид, характерный для хрупкого разрушения.
Следы образования шейки и пластичного деформирования матрицы на поверхности разрушения отсутствуют. Частица резины явилась зародышем разрушения, о чем свидетельствует отмеченная стрелкой вблизи частицы округлая область, являющаяся зоной зарождения (медленного роста) трещины. Электронная фотография поверхности разрушения этого же образца показана на рис.5-136. Поверхность разрушения ровная, что также указывает на хрупкое разрушение полимера. На обеих поверхностях разрушения наблюдаются фрагменты частицы резины, следовательно, трещина распространяется через нее. Это свидетельствует о том, что
Рис. 5-13. Взаимно соответствующие поверхности разрушения образца ПЭВП, содержащего одну частицу СКЭПТ: а - оптическая фотография, б -РЭМ- изображение этой же поверхности. Стрелки указывают зону медленного роста трещины (а) или фрагменты разрушенной частицы резины (б). адгезионная прочность межфазной границы в композите ПЭВП-СКЭПТ выше прочности частиц резины. Рост трещины через эластичные частицы был довольно неожиданным, поскольку, казалось бы, трещине энергетически выгоднее расти через хрупкую матрицу, огибая частицы резины. Видимо, наблюдаемое распространение трещины, когда после своего зарождения она рассекает частицы, случайно оказавшиеся в плоскости скола, обусловлено истинно хрупким разрушением материала. Поверхности разрушения композита ПЭВП-частицы резины на основе СКИ выглядели иначе, и трещина, как правило, росла по границе частица-полимер: на одной поверхности имелись выступающие частицы резины, а на другой - отпечатки указанных частиц. Это свидетельствует о том, что адгезионная прочность межфазной границы в данном композите ниже прочности частиц.
Таким образом, введение малого количества наполнителя в полимер, деформирующийся без упрочнения, инициирует хрупкое разрушение материала, сопровождаемое резким снижением его предельной деформации. Хрупкое разрушение наблюдается в диапазоне концентраций наполнителя от долей процента до 0.40 об.дол.
Традиционно, каучук вводят в хрупкие полимеры, например в ПС, для повышения ударных характеристик и вязкости разрушения [99, 102, 104, 105]. В дисперсно-наполненном материале ПЭВП - резина наблюдается обратное поведение, что, по-видимому, обусловлено большим размером частиц. Если в ударопрочных полимерах размер частиц каучука 1-10 мкм, то в резинопластах они примерно на два порядка крупнее. Очевидно, охрупчивание материала связано с концентрацией напряжения вблизи крупных частиц, Еще одной и, видимо, более важной причиной является высокая склонность матрицы ПЭВП к охрупчиванию, о которой свидетельствует неустойчивый характер роста шейки и отсутствие деформационного упрочнения.
Микроскопические исследования деформирования композитов
В 5.2.1.1. показано, что деформационное поведение композита на основе ПЭСП определяется микропроцессами порообразования. В зависимости от размера частиц образующиеся поры имеют овальный или ромбовидный вид. Развитие дефектов в виде ромба приводит к быстрому разрушению материала при низком относительном удлинении. ПЭСП - резина При растяжении полимера, содержащего нефракционированные частицы резины размером от 10 до 600 мкм в матрице образуются поры, форма которых зависит от размера частиц (рис. 5-24). Разрушение или отслоение от матрицы частиц резины с размером менее 100 мкм приводит к образованию овальных пор, а при большом, более 200 мкм -ромбовидных пор. Можно полагать, что размер частиц наполнителя от 100 до 200 мкм для ПЭСП является критическим, т.е. это минимальный размер частиц наполнителя вблизи которых образуются ромбовидные поры. Отслоение или разрыв частитиц размером более 100-200 мкм неизбежно приводит к образованию опасных дефектов.
ПП-резина В 5.2.1,2. показано, что при растяжении ПП марки 21030 с поли дисперсным наполнителем размером от 10 до 800 мкм образуются крейзы, развитие которых приводит к хрупкому разрушению композита при низких значениях относительного удлинения. Инициируют появление крейзов частицы резины размером более 400 мкм. При наполнении ПП частицами резины с размером 50-100 мкм материал деформируется с образованием и ростом шейки - пластично.
На рис. 5-32 показан процесс растяжения ПП марки 21030, наполненного небольшим количеством фракционированных частиц резины размером не более 100-200 мкм. В ходе деформирования композита наблюдается образование полос сдвига, развитие которых приводит к формированию шейки. В шейке частицы эластичного наполнителя размером 200 мкм отслаиваются или разрушаются, образуя поры. Первоначально
138 поры имеют форму овала, но по мере увеличения степени вытяжки образца они приобретают ромбовидный вид. Створки поры в перпендикулярном к оси растяжения образца направлении формируют характерный угол. При дальнейшем растяжении ромб увеличивает свои размеры как вдоль, так и поперек оси вытяжки, приводя к разрушению материала, В процессе роста ромбовидной поры величины ее углов сохраняются. В упругой части образца вблизи частиц резины появляются крейзы, которые не оказывают существенного влияния на процесс разрушения.
Нарис. 5-33 приведены микрофотографии, иллюстрирующие деформирование того же 1111, наполненного более мелкими частицами резины размером 50-100 мкм. Растяжение этого композита сопровождается образованием шейки, в которой частицы наполнителя преимущественно отслаиваются от матричного полимера. Поры имеют форму вытянутого вдоль оси вытяжки овала. По мере растяжения образца размер образовавшихся в шейке овальных дефектов увеличивается преимущественно вдоль оси вытяжки материала, но поры не препятствуют прорастанию шейки на всю рабочую часть. Формирование ромбовидных пор не наблюдается. В упругой области наполненногол ПП частицы резины инициируют появление крейзов, которые не влияют на его поведение при растяжении.
Таким образом, при деформировании 1111, наполненного частицами резины с размером более 400 мкм, наблюдается образование крейзов, переходящих в быстро растущие трещины. Материал разрушается хрупко при крайне низких значениях относительного удлинения. При растяжении ПП с наполнителем дисперсностью не более 100-200 мкм формируется шейка. Разрыв или отслоение частиц резины в области шейки инициирует появление ромбовидных пор, рост которых приводит к разрушению материала в процессе роста шейки. При растяжении полимера, содержащего частицы резины с размером не более 50-100 мкм, в нем образуются неопасные овальные дефекты. Размер частиц наполнителя 100-200 мкм является для ПП критическим.
При дальнейшем растяжении материала ромбовидная пора увеличивает свои размеры как вдоль, так и поперек оси выияжки. Разрыв наполненного полимера происходит при прорастании ромбовидной поры через все сечение образца.
На рис. 5-356 приведен снимок поверхности деформированного ПЭНП этой же марки, содержащего частицы резины размером не более 300- 400 мкм. Степень вытяжки материала равна 4.5 и превышает естественную вытяжку шейки матричного полимера, 3,3. Образовавшиеся вследствие отслоения или разрушения частиц дефекты вытянуты вдоль оси растяжения образца. Формирование ромбовидных пор не происходит. Можно заключить, что размер частиц 600-700 мкм для ПЭНП марки 15803-020 является критическим.
ПЭНП марки 168030-070 с частицами резины не более 300-400 мкм разрушается квазихрупко. На рис. 5-36а приведен снимок разрушенного образца этого материала. В области формирующейся шейки отслоение частицы размером 350 мкм привело к образованию ромбовидного дефекта. Скорость роста сформировавшейся ромбовидной поры в ПЭНП марки 168030-070 настолько велика, что появление одного опасного дефекта достаточно для практически мгновенного разрушения материала. При использовании частиц резины размером не более 100-200 мкм в области шейки композита образуются овальные дефекты, которые не преобразуются в ромбовидные поры (рис. 5-366). Следовательно, критический размер наполнителя ПЭНП марки 168030-070 - 300-400 мкм.
Таким образом, размер частиц наполнителя предопределяет форму образующегося дефекта. При отслоении или разрушении частиц, размер которых больше критического, образуются ромбовидные поры. Если размер частиц резины меньше критического, формируются овальные дефекты. Для рассмотренных полимеров критический размер частиц наполнителя индивидуален.
