Введение к работе
Аятуаш;ость it'xu дкссертацхн. Вологагоупрочненные композиционные магериалы на основе термостойких термопластов определяют уро— вень и перспективи разритіга таких традициошю передовых отраслей промышленности,, кас авиационная и космическая техника, автомобидэ-и судостроение и т.п. Наиболее эффективным способом получения'преп-регов этих материалов является оскудение электроааряжешш частиц термопластичного полимера на непрерывный наполнитель из псевдоожн-женного слоя в электрическом поле. В этом случае достигается стабильность состава препрсга, высокая равноголщияяосгь, хороиая пропитка, объема наполнителя расплавом полимера.. Однако физические еа-кономерности взаимодействия электрического .поля и варядоп частиц диэлектрика в нсевдоожиженных системах с учетом не только силового проявления поля, но и его-ионизирующей способности не поучена, ХОТЯ они лежат в основе многих конкретных технологических и конструктивных решении. Недостаточно отражен в литературе и характер взаимодействия осаждаемых варяжеиных слоев дисперсных диэлектриков с наполнителями различной структуры.
Эксплуатационные свойства изделий из композиционных материалов во многом определяется взаимодействием компонентов на границе раздела, характеристикой которого является величина адгезионной прочности. Между тем, ив-ва трудоемкости и сложности иввестных пря;йи методов ее оценки в литературе имеется очень мало сведений об адгезии термопластов к тонким волокнам. Более того, эти сведения вообще' отсутствуют для отечественных компонентов.. Также недостаточно исследовано, как электрические поля и заряды, действующие при форьжро-вании адгезионного соединения, влияют на параметры межфазного взаимодействия, в частности, на адгезионную прочность в готовом препрэ-ге. Все это затрудняет рааработку оптимальной технологии получения препрегов, в том числе стадии совмещения связующего с наполнителем с использованием электронно-ионных процессов.
Свявь работа с крупймми яяучнаем программами, зеками. Исследования выполнены в рамках естественнонаучной темы "Материал 14" (но-, мер гос. регистрации 01.89.0 00Б643) и договора № Т-2-091 по заданию "Наука 01.1" Фонда фундаментальных исследований РВ.
Цаиь к вадачя кссдедазядая. Изучение влияния электрических полей и варядов, действующих при совмещении термопластичных полимерных связующих с волокнистыми наполнителями, на процесс совмещения и адгезионную прочность соединения, и выбор схем электрического BOB-
действия дли повышения адгезии термопластов к волокнам. В качестве основных вздач можно назвать:
-
Амаїиа мьханийгіов зарядки частиц дисперсного диэлектрика в псевдоашженнш слоях с учетом ионизирующей способности электрического ноля; определение возможности и условий протекали:! коронного разряда (КР) в подобных системах.
-
Исследование закономерностей алектромассолереиоса в псевдо-о&иженных слоях и ььашодействия осаждаемых частиц с наполнителями различной структури.
-
Разработку зффектшіних микролеханичсских методов измерения адгезии термопластичных полимеров к тонким волокнам.
-
Определение специфики воздействия электрических факторов на рмко-ыехаиичсскне свойства граничных слоев в системах термопласт-— юлскдо. Установление зависимости адгезионной' прочности от условий формирования контакта.
Научная нсшиьна похучвнша роаульїа-їок. Установлены ааконоыер-ности протекания КР в псевдоожиженных системах. Показано, что возникновение КР ведет к изменению механизма зарядки частиц: преобладающим становится осаждение на их поверхность ионов окружающего га-ьа. Исследовали закономерности кинетики осаждения полимерных частиц на диэлектрический и электропроводящий наполнитель, обнаружена корреляция между параметрами процесса злектроыассопереноса и характерным размером структурного елемента наполнителя.
Разработан новый вариант трехволоконного метода определения адгезии, позволивший впервые применить этот метод к системе тонкое волокно — термопластичная матрица. Новая экспериментальная методика измерения прочности меліфазкого сцепления при фрагментации волокна во npt-мя растяжения микрокомлозита дала возможность получить значения адгезии углеродных и стеклянных волокон к широкому классу термопластичных полимеров. Проведено сравнение микромеханических методов измерения адгезии, указаны условия, при которых они дают наиболее надежные результати, и границы применимости каждого метода.
Определена закономерности процесса разрушения композита с мо-новолоююы , вблизи поверхности раздела $аз в зависимости от условий формирования и нагрунения.
Обнаружено, что электрический эаряд, искусственно локализуемый на поверхности раздела, в 1.2-2 раза увеличивает адгезионную прочность соединений термопластов с волокнами.
r??a«5i«c«tai екачякссгъ кглучеккиг результатов. С псьісщ.я покій методов непосредственного определения адгезии ТОПКИХ ВОЛОКОН к полимерным матрицам влервие получены числениие даяние, кар&ктерипу-. київ взаимодействие термопластичзнх полимеров с широким классом углеродных, сі'еішнних и арамвдных волокон. Найдены оптимальные температурно- временные режими процессов формирования адгезионного контакта для Сольного количества конкретных соединений матриц с волокнами.
' Лредлсекеин слеш процессов, повеолйыш сосредоточить избыточный электрический иаряд на поверхности раздела волокно-матрица (электрсосамениз заряженных частиц полимера, термообработка в неоднородном поле) и увеличить гем с?жм интенсивность мекфазного гзаяшдействга в 1.4-1.8 раза.
Полученные данные о вакономерностях кинетики &лектрсосавдения полимерных частиц на. подложки различной природы и структур» явились седавой для резработет новых эффективных режимов совмещения наполнителя со связувді.4, обеспечивающих улучшение характеристик получаемых предрегоэ {раввоголцинность. постоянство, состава).
ОДозсидоіоская значимося» яояучежзкл результатов. "Равработаннш приемы увеличения адгезии полимеров к волокнам при воздействии электрических полей и эарядов, а также технологические рекомендации по выбору режимов получения преярегоз слоистых пластиков являются основой технологии, позволяющей ив кошісиентов, производимых в Республике Беларусь (стеклянные и углеродные ткани и жгуты, дисперсные полимеры масса полкодефяков), создавать композиционные материалы, обладаощте повыиеннимя прочностными- свойствами по сравнения с кмею-цжися аналогами.
Освсшзз юзожяая досс^ртедая, 'гдосоашз на вгаигу. Єлектро-нассолеренос дисперсных дизлектриісов иа псевдоожиженного.слоя определяется не только характеристиками электрического поля, но и гид-рединаыичеекиш свойствами слоя. Разработана модель процесса, учитывающая обе группы факторов.
Увеличение плотности тока газового разряда в псевдоожиженном слое до Ю~7-10"6 А/м2 приводит к преобладанию ионного осаждения кал контактной электризацией п процессе заряжения частиц дисперсного диэлектрика.
Раереботанные методики намерения адгевии термопластичных полимеров к гонким волокнам с помощью шкромеханических тестов позволяют быстро' и с минимальной погрешностью определить значения адгези-' еннои прочности. Сравнение вначений, полученный раепкми методами,
дьет ценную шЦ-ориашпо о "слабом песте" соединения и .характере вйв-ікхулїого .разрушения композита при различных способах нагруженкя. - . Дополнительный электрический варяд, сосредоточенный на поверхности раздела полимер-волокно, увеличивает адгезию термопластичных похкмерез іс углеродным волоішам в 1.Б-2 раза л к стеклянным — е 1.-1.Б pasa. Тормообрабсстся соединений полимер-волокно б неоднородном влекгрическсм поли, приводящей к Блектретиэации полимера, увеличивает адгезионную прочность в 1.4-1.8 раза.
Сцепление волокон с инертшаи матрицей существенно улучшается при нанесении на поверхность волокна тонкого заряженного подслоя ьцге-ьионйо-актиьйого дисперсного полимера.
&іЧу.ї.іі іі;иад ссксиаззды. Автор принимал непосредственное уч:л-тіі« в іюсїйіісша ьадач исследований [1-5, 8, 9, 14-25), разработке ьотсзіік исследоьйшя эхектрсмассолерекоса ъ псевдосшешишх систе-U&X (С, 7, 12, 19, 21-243 и измерения интенсивности адгезионного ьаашздейстзия ыежду гшшеряьш матрицам;* и тентами ариируящш ъ зломами tl-B, 8-18, 5], проведения Бксперимевтов и апаяиве подученных результатов. Им созданы расчетные «одели и выполнены ксчпь-ійіарные вычисления в [б, Ю, 11 ], а также подготовлены тексти публикаций [1, 3, 0, 14]. |
Алробауга i.TiisAi>%-itx№ дійссрїиозі. Материалы диссертационной расош докладывались на XXIV Международной конференции по химзмес-кей технологи;! и биотехнологии (2рачг4урт-на-Майне. Германия, 1GG4), VIII и IX Международных конференциях по механике кошовиїннх материалов (Рига, Латвия, 1933, 1095), IV Бсессивисй конференции "Применение алектронио-иоииой технологии в народной хозяйстве" (Москва. 1991), VIII межотраслевой конференции, "Опыт и перспективи применения композиционных материалов б машиностроении" (Самара, 18S2), XVII, XIX и XX конференциях "йіеика и ыеханш;а ксшоаїлдкои-шх материалов на основе полимеров" (Гомель, 10Є8, 10QO, 19Q1), а также на конкурсах научных работ ШЛЗ MB (1930, 1990, 1091).
Опубликованное» рэзулыггоБ. По материалам диссертации опубликовано 13 статей. 13 тезисов докладов, получено одно авторское свидетельство СССР.
Cspyiraypa и обіли хасседнодян. Диссертация состоит из введения, четырех глав, ваювчения, выводов и списка цитируемой дитера-1'УРЫ. и&ложена на 138 стр. машинописного текста, содержит 41 иллюстрации . и 0 таблиц. Список цитируемой литературы включает 194 ссылки.
