Граница/межфазная граница

15.08.2015

Чтобы полностью использовать потенциал матрицы, тint должна совпадать со сдвиговой прочностью матрицы. В предположении идеальной связи между усиливающим компонентом и матрицей, критическое размерное отношение усилителя должно отвечать силовому балансу между прочностью на растяжение волокна,
Граница/межфазная граница

Полагая для тint величину 60 МПа (равную сдвиговой прочности матрицы) в смеси СВ-ПА-66 и задав σf = 2400 МПа, можно получить критическое размерное отношение 20. Согласно уравнению (31.1), критическое размерное отношение выше для волокон более прочных, чем СВ. Ввиду неполной смачиваемости, плохой связуемости или эффекта соединения волокон в пучки, реальное критическое размерное отношение оказывается значительно более высоким. Удобным способом определения тint являются испытания на одноволоконных микрокомпозитах (фрагментация, отрыв микрокапель, вытягивание, протягивание) и на однонаправленных, усиленных волокнами, композитных ламинатах (индентирование, сдвиг на коротком бруске, поперечное растяжение и т. д.). Дальнейшая грубая оценка критического размерного отношения основана на фрактографических данных: критическая длина волокна примерно вдвое превышает максимальную длину вытягивания. Этот метод применяется, в основном, для тестирования композитов, усиленных короткими волокнами и полученных литьем под давлением. Плюсы и минусы различных методик оценки тint выходят за рамки этой главы.
Для улучшения адгезии между матрицей и волокнами поверхность последних подвергается обработке грунтовкой или связующими агентами. Функцианализированные (реакционно-способные) силаны, которые могут реагировать и с матрицей, и с волокном, являются особенно эффективными. На рис. 31.3 показана хорошая связь между ПБТ и СВ. Здесь следует подчеркнуть, что граничные свойства очень чувствительны к температуре, влажности и частоте нагружения. Поэтому широко применяемый фрактографический метод может давать некорректные результаты. Выбором подходящего режима нагружения и температуры можно для одного и того же компаунда получить хорошее и плохое соединение.
Имеется еще один аспект, которого стоит здесь коснуться: влияние морфологии границы. В кристаллических полимерах и соответствующих смесях усиливающий компонент может действовать как гетерогенный инициатор и вызывать транскристаллизацию. Существенной предпосылкой транскристаллизации является присутствие большой плотности активных центров на поверхности подложки (то есть наполнителей, усиливающих компонентов). Близко расположенные центры препятствуют боковой экспансии сферолитов, которые вследствие этого вынуждены расти в одном направлении, а именно перпендикулярно поверхности подложки (ориентированная кристаллизация или ориентированный рост). Поскольку плотность центров на поверхности подложки выше, чем в объеме полимера, возникает цилиндрическая морфология. Транскристаллизация, однако имеет место только в спокойном расплаве (например, при консолидации горячим прессованием), что редко встречается в производстве композитов. Более того, CB не стимулируют транскристаллизацию без специальной обработки. Если вязкость смеси отличается от вязкости усиливающего компонента во время переработки что почти всегда имеет место, то вблизи волокна возникает локальное сдвиговое поле. Это может вызывать рядовую генерацию центров, провоцирующую цилиндрический рост. Наличием цилиндрической морфологии, как и транскристаллической, часто пренебрегали, так что к соответствующим результатам следует относиться с осторожностью. Присутствие цилиндрической надмолекулярной структуры не ведет к улучшению тint, что было показано на примере смесей СВ-ПП. Однако, несмотря на большой научный интерес к этой проблеме транскристаллизация может оказывать лишь незначительное влияние на функциональные свойства композитов (отметим, что это влияние усиливается при увеличении фf) даже в смесях кристаллических полимеров с усилением посредством УВ и AB.
Роль межфазной границы можно продемонстрировать на примере современных однонаправленных, непрерывных, усиленных волокнами композитов. В предположении двумерной границы и квадратичной упаковки УВ диаметром 7 мкм, внутренняя граница имеет площадь 2300 и 4000 см2/см3 при фf = 0,4 и 0,7, соответственно. Как говорилось ранее, состав смеси может оказывать сильное влияние на граничное поведение.
Граница/межфазная граница