Мягкие частицы

13.08.2015

Моделирование механических свойств полимеров, наполненных мягкими частицами, в последние годы привлекает большое внимание исследователей. Этот интерес связан с улучшением прочностных свойств при добавлении мягких эластомеров в твердые, хрупкие полимеры; хорошо известный пример из этой области — упрочненная каучуком эпоксидная смола. Эти материалы применяются во многих приложениях, в том числе в монтажных клеях и высококачественных композитных материалах. Для развития этих приложений необходимы сведения о квазиупругих свойствах наполненного полимера, которые позволят анализировать и предсказывать поведение конечных структур или материалов, то есть их свойства должны быть надежно определены.
Интуитивно можно ожидать, что добавление мягких частиц снижает общую жесткость наполненного полимера. В литературе имеется несколько примеров сравнения экспериментальных результатов с результатами прогностического моделирования смесей этого типа. В представлении своей аналитической модели Ишаи и Коэн сравнивали экспериментальные величины для пористого полимера с предсказанным уменьшением жесткости. Экспериментальные величины оказались ниже, чем их предсказания, и ниже, чем предсказания, основанные на моделях Хашина и Пола. Йи и Пирсон измеряли величину модуля Юнга в эпоксидной смоле с каучуковым наполнителем при различной объемной доле последнего. Их результаты сравниваются с результатами расчета по модели Ишаи и Коэна на рис. 19.4. Экспериментальные данные ближе к предсказанной верхней границе при низких объемных долях каучука, и лежат посредине между границами при высоких концентрациях. Измеренные величины демонстрируют приблизительно линейное падение при увеличении объемной доли в соответствии с ходом с верхней теоретической границы. Изменение жесткости с увеличением доли мягких частиц достаточно хорошо описывается аналитической моделью, но, как отмечалось ранее, модель не предсказывает всех упругих свойств наполненного полимера.
Мягкие частицы

Альтернативный (численный) метод моделирования также можно применить к этому классу материалов. Бойс с сотр. моделировали механические свойства наполненного полимера в предположении наличия регулярного массива осесимметричных цилиндров, каждый из которых содержит в середине сферу. Свойства упрочненной каучуком эпоксидной смолы моделировались для случая стохастического распределения и элементарных ячеек в цилиндрической или сферической форме. Сравнение предсказания с экспериментальными результатами обнаруживает характер поведения, аналогичный наблюдаемому для твердых частиц.
Цилиндрическая модель предсказывает более сильные изменения жесткости в зависимости от объемной доли наполнителя; это предсказание дает результат, более близкий к эксперименту. Сферическая модель материала логически более правильная, но она исключает все направленные взаимодействия. Наиболее точное предсказание, по-видимому, требует полного трехмерного моделирования.