Введение к работе
Актуальность проблемы. Прогресе современной техники невозможен без создания новых полимерных композиционных материалов, в частности стеклопластиков, с высокими упруго-прочностными характеристиками. Как известно, свойства композита определяются не только свойствами волокон, но и химической природой связующего, а также адгезионным взаимодействием на границе раздела волокно - полимер. В настоящее время адгезию в системе волокно-полимер оценивают, как правило, по величине адгезионной прочности композита, определяемой путём вырывания волокна из слоя полимера. Однако, при этом очень сложно исключить влияние неконтролируемых факторов, таких как степень пропитки полимером, структура наполнителя, степень травми-рованности волокна. И, следовательно, при определении значения адгезионной прочности композита учитываются как физико-химические силы на границе раздела, так и силы трения, вызываемые различного рода напряжениями, возникающими в адгезиве и еолокнє.
Вследствие своей универсальности более корректным для описания физико-химических процессов, проходящих в переходном слое системы волокно-полимер, является использование энергии адгезионного взаимодействия как совокупности энергий химических, водородных и физических связей, образующихся в этом слое, что позволяет, в свою очередь, полагая все составляющие композита равноправными партнёрами в создании этого взаимодействия, формулировать требования к энергии образуемых ими связей в аспекте создания монолитного композита. О этих позиций очевидно, что наибольшее внимание следует уделить не столько разработке дорогостоящих стекловолокон с высокими упруго-прочностными характеристиками, сколько формированию поверхностного слоя стекла, обеспечивающего хорошее физико-химическое взаимодействие со связующим.
Целью работы является разработка научных принципов создания высокопрочных армированных композитов на базе рассмотрения энергии адгезионного взаимодействия в системе стекловолокно-аппрет-связующее в виде трёх её составляющих: энергий химических, водородных и физических связей; формулирование требований к энергиям этих связей в аспекте Создания монолитного композита; теоретическое и экспериментальное определение энергий связей, возникающих на границе
раздела, и установление их взаимосвязи с некоторыми эксплуатационными факторами.
Научная новизна. Предложен новый критерий оценки адгезии связующих и аппретов к наполнителям в композитах, основанный на рассмотрении энергии адгезионного взаимодействия в виде трёх её составляющих, упомянутых выше; построены и обоснованы модели взаимодействия между компонентами переходного слоя системы стекловолокно-аппрет- связующее. На базе расчёта энергий водородных и химических связей квантовохкмическими методами в приближениях м"0 ЛКАО ССП Хартри-Фока и РМХ Хюккеля установлена зависимость между ними и прочностными хараісгеристиками композита; на основе использования методов механики разрушения и теории монолитности сформулированы требования к значениям энергии отрыва концевых групп элементов стеклопластика в аспекте создания монолитного композита; исследовано влияние некоторых катионов-модификаторов на энергетическую способность поверхностных активных центров стекла к образованию адгезионных связей.
Практическая ценность. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований сформулированы основные требования к элементам композиционного материала и найдены методы их реализации, что открывает возможность для разработки ряда новых высокопрочных конструкционных материалов; предложен новый энергетический критерий для оценки влияния адгезии на физико-механические характеристики армированного материала.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на VII Всесоюзном семинаре по физике прочности композиционных материалов (г. Каменец-Подольский, 1989г.), на Всесоюзном конкурсе работ молодых учёных и специалистов ВХО им. Д. М. Менделеева (г. Москва, 1989г.), на XV Международном конгрессе по стеклу (г. Ленинград, 1989г.), на VI Всесоюзной конференции молодых учёных "Физхимия-90" (г. Москва, 1990г.), на VIII научно-технической конференции молодых учёных и специалистов "Стеклопластики и стекловолокно" (г.Крюково, ВНИИСПВ, 1990г.), на I Мэековской международной конференции по композиционным материалам (г.Москва, 1990г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано семь печатных работ.
Объём и структура работы. Материал диссертации изложен на 143
- Б -страницах, включая 15 рисунков и 23 таблицы. Список использованной литературы включает 151 наименование работ советских и зарубежных авторов. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения.
