Смеси с дискретным наполнителем

15.08.2015

Производство

До недавнего времени на рынке термопластичных формованных композитов доминировали изделия с усилением короткими волокнами (SFRT). SFRT производятся экструзионным (расплавным) смешением нарубленных волоконных жгутов и термопластических полимеров. Чтобы уменьшить ломку волокон во время составления компаунда, усиливающий компонент часто вводится в расплавленный полимер посредством боковой загрузки. Этот метод также уменьшает эрозию шнека экструдера по сравнению с традиционным методом загрузки через бункер. Размерное отношение усилителя в смешанных в расплаве гранулах составляет от 30 до 60. Поскольку характеристики жесткости и прочности улучшаются при увеличении длины волокон и уплотнении упаковки (то есть с увеличением ф/), именно на них были сосредоточены усилия. Разработано несколько подходов, которые по-прежнему интенсивно используются, в том числе полимеризация in situ (ограничивается полиметилметакрилатом и ПА-6), насыщение порошком, покрытие расплавом (аналогично покрытию проводов в поперечной головке) и насыщение расплавом. Однако прорыв был достигнут разработкой метода пултрузии термопластов в середине 1980-х гг.
Длинные (или размера таблетки), усиленные волокнами термопласты (LFRT), в которых коллимированные бесконечные волокна полностью смачивались в прессовой расплавной ванне, одноосно ориентировались в стержни диаметром приблизительно 3 мм и крошились после охлаждения. Внедрение вытянутых, натянутых пучков волокон можно также осуществлять через многофильерные насадки для литья расплава, или с помощью «барабана» с контролируемой проницаемостью расплава.
Длина волокна в компаундах, предназначенных для литья под давлением, составляет примерно 10 мм, а для компрессионного формования — примерно 25 мм. Соответственно, размерные отношения в этих LFRT = 1000 и ≥ 2500. Компаунды LFRT поступают на рынок под торговыми названиями Verton (раньше ICI, теперь LNP), Celstran и Compel (раньше Hochst, теперь Ticona), Van-Cut (Polymer Composites, Inc.), Nepol (Bo-realis) и Pryltex (Appryl Composites). Матрицы Pryltex и Nealid (SFRT от Borealis) для компаундов являются смесями, содержащими ПА и ПП. Очевидно, что довольно большая величина φf (φf = 0,35) может достигаться при однонаправленной укладке усиливающих волокон в LFRT. Чтобы обойти различные патентованные и дорогостоящие технологии производства LFRT, предпринимались попытки соединять волокно и матрицу непосредственно в ходе переработки. Стоящая за этим идея слишком наивная, поскольку переработка таблеток LFRT сопровождается сильным повреждением волокон и, таким образом, их свойства ухудшаются.
Переработка

Подавляющее большинство термопластичных компаундов, усиленных короткими или длинными волокнами, перерабатываются литьем под давлением. Сохранение длины волокон в течение переработки имеет критическое значение. В соответствии с результатами многочисленных работ, посвященных этой проблеме, ломка волокон происходит вследствие следующих факторов: взаимодействие волокно-волокно; сходящиеся потоки и потоки вокруг острых краев; пространственные ограничения в литнике, экструдере и форме; присутствие частично расплавленной фазы в твердой фазе. Поэтому оптимизация процесса и конструкции формы должны быть направлены на исключение этих факторов.
Поскольку истирание волокон происходит, главным образом, в зоне подачи возвратно-поступательного движения шнека литьевой машины, также делались попытки изменить конструкцию шнека и конфигурацию цилиндра. Ломка волокон заметно более интенсивна в LFRT, чем в SFRT. Тем не менее, остаточное размерное отношение в формованных деталях из LFRT в 10-30 раз выше, чем в SFRT. Сохранение длины волокон также зависит от матрицы. Отливки из ПА-66, усиленные длинными стекловолокнами (ДСВ), могут давать мономодальное распределение волокон по длинам, тогда как в смеси ДСВ-ПП наблюдалось бимодальное распределение. Присутствие кластеризованных CB в отливках из ДСВ-ПП указывает на некоторое кооперативное движение CB (например, образование «пучков» или «связок») в процессе литья. Образование пучков можно видеть на поверхности разрушения или на полированных срезах полученных композитов. Напомним, что размерное отношение усиливающего компонента сильно уменьшается при возникновении пучков. Увеличение φf также ведет к более выраженному разрушению волокон. Основное различие между усилением короткими и длинными волокнами состоит в том, что последние становятся спутанными или собранными в «гнезда». В результате усиливающий компонент остается в скелетной структуре после полировки.
Литье под давлением ведет к особому структурированию усиливающих волокон (расположение слоями и ориентация) (рис. 31.4). Волокна выровнены в направлении заполнения формы (НЗФ) на поверхности (5), но волокна в центральном слое (C) принимают поперечную ориентацию относительно НЗФ. Объяснение этого ориентационного рисунка дается моделью Рауза и Тадмора.
В зависимости от сдвигового и растягивающего компонентов течений, укладка волокон в слои может давать пять и более четных слоев вместо трех при различной ориентации волокон в каждом слое. Распределение волокон по длинам также может изменяться по толщине отливки: средняя длина волокна возрастает от поверхности к срединному слою. В случае кристаллической матрицы связанная с такой матрицей морфология типа «оболочка-сдвиг-ядро» может накладываться на волоконные слои. Поскольку толщины оболочки, поверхности, ядра и срединных слоев не одинаковы, следует сохранять это различие в терминологии. Как расположение в слои, так и ориентация волокон становятся более выраженными при увеличении φf (рис. 31.4). Структура укладки волокон не зависит от их размерного отношения. С другой стороны, относительная толщина слоя (С/В, где В — толщина отливки, см. рис. 31.4) и средняя планарная ориентация волокон, описываемая фактором ориентации типа Германса [41, 42], могут быть существенно различными для SFRT и LFRT при одинаковой φf. Это происходит из-за различия сдвиговой и растягивающей вязкости и, таким образом, от профиля фронта течения в расплавах SFRT и LFRT. Стоит заметить, что определение плоскостной ориентации волокон в LFRT усложнено изгибом волокон.
Это неординарное структурирование волокна влияет на механические и термические функциональные свойства композитов и, таким образом, должно быть принято в рассмотрение. По этой причине уделяется большое внимание предсказанию поведения волокна и структурно-зависимых эффектов (например, короблению, кручению и т. д.) в литых изделиях. Предсказания хорошо работают для компаундов SFRT, но менее достоверны для LFRT. Стоит отметить, что LFRT, полученные непосредственным смешением, можно использовать для процессов экструзионно-раздувного формования. Горячее прессование компаундов LFRT будет рассмотрено ниже при описании термопластов, усиленных стеклянными матами (СМТ).
Свойства и их предсказание

1. Механические свойства. Жесткость, прочность и ударная вязкость — все эти свойства зависят от размерного отношения и ориентационного распределения волокон. Наиболее изученные случаи — это случаи, когда либо все волокна ориентированы одинаково, то есть вдоль (L) или поперек (T) оси приложения нагрузки, либо они имеют случайное распределение. На рис. 31.5 показано, как изменяются нормированные величины жесткости, прочности и ударной вязкости в зависимости от размерного отношения для ПП, усиленного однонаправленными, не-непрерывными CB при φf = 0,13. Этот рисунок подчеркивает чувствительность прочности и ударной вязкости на изменение отношения l/d. Второй урок из данных рис. 31.5 состоит в том, что следует находить компромиссное размерное отношение, если целью является получение сбалансированных механических характеристик. Когда волокна не выровнены в плоскости, предсказать модуль Юнга можно на основе теории сдвигового запаздывания, развитой Коксом (Сох) и модифицированной Кренчелем, путем рассмотрения ориентации волокон по уравнению:
Смеси с дискретным наполнителем

где η0 и η1 — факторы ориентации и эффективности длины, соответственно, a Ec, Ef и Em — модули Юнга композита, волокна и матрицы, соответственно. Это модифицированное описание правила смешения хорошо работает для гантелей, полученных одногнездным литьем под давлением, используемых обычно для стандартного определения свойств растяжения. Широко распространенным является альтернативный подход, в основе которого лежит уравнение Халпина-Цаи, которое использует аналогию с ламинированными композитами. В литературе имеются хорошие обзоры этой проблемы.
Смеси с дискретным наполнителем

Смеси с дискретным наполнителем

Прочность σc композитов, усиленных ориентированными короткими волокнами, была определена Келли и Тайсоном как
Смеси с дискретным наполнителем

где φfi + φfj = φf; li и lj представляют до- и надкритические популяции длин волокон,
соответственно, а σ'm — напряжение в матрице при разрушении композита. Уравнение (31.3) также можно переписать с учетом ориентации волокон, как это сделано в уравнении (31.2), путем введения η0. Такое описание хорошо работает для композитных гантелей, полученных одногнездным литьем под давлением, включая усиленные смеси.
Согласно модели Коттрелла, максимальная ударная вязкость достигается, когда длины всех ориентированных волокон равны критической длине lcnt. Это соответствует другим предсказаниям. Тем не менее, ударная вязкость композитов, усиленных короткими волокнами, предсказывается с трудом, в особенности, композитов со структурированными волокнами и матрицами из полимерных смесей. Причиной этого является тот факт, что механизмы диссипации энергии, связанные с волокнами (например, нарушение связи, вытягивание, разрушение; см. рис. 31.6), могут запускать или сдерживать аналогичные механизмы, связанные с матрицей. На рис. 31.7 показано взаимодействие между механизмами разрушения волокон и матрицы: крэйзинг матрицы заканчивается сдвиговым течением вследствие вытягивания волокон, общим результатом чего является улучшение ударной вязкости. С другой стороны, ударная прочность может уменьшиться, потому что пластичность (то есть максимальная величина деформации) существенно снижается при усилении. Концентрации напряжения на концах волокон, на пересечениях волокон и несмачиваемых участках также могут вести к уменьшению ударной вязкости в зависимости от того, будут ли эти эффекты компенсированы деформацией матрицы. Если напряжение не перераспределяется за счет деформации матрицы и поврежденная зона увеличивается, то ударная вязкость может падать. В упрочненных, армированных системах, таких как усиленный CB ударопрочный полистирол (УПС), разрушение матрицы все более и более ограничивается с увеличением φf. При изучении влияния концов волокон путем использования волокон различного диаметра при одинаковой загрузке усиливающего компонента было найдено, что как оптимальная жесткость, так и оптимальная ударная вязкость отвечают определенному диаметру волокон и, таким образом, размерному отношению.
Этот сценарий еще больше усложняется из-за межфазных эффектов. Напомним, что lcrit уменьшается с увеличением тint (ур. 31.1), что часто встречается в усиленных полимерных смесях. Преимущественное смачивание или капсулирование усиливающего компонента одним из компонентов смеси — частое явление (см. ниже). Поверхность разрушения упрочненного, усиленного ПА демонстрирует, например, вытягивание с оболочкой. Это было объяснено с помощью допущения о том. что сдвиговая прочность матрицы становится меньше, чем тint, из-за модификации каучуком. С другой стороны, Гэйманс отнес это оболочечное вытягивание к проявлению кавитации. Эта интерпретация может также относиться к наблюдаемой зависимости от частоты нагружения. Однако некоторое влияние преимущественного смачивания невозможно исключить. Сообщалось, что адгезия между CB и кристаллической матрицей возрастает с увеличением содержания аморфного компонента матрицы, что определенно имеет место при упрочнении каучуком. Моделирование ударной вязкости является очень сложной проблемой и, в отличие от моделирования жесткости и прочности, она совершенно не решена.
2. Разрушение и усталость в связи с микроструктурой. Ориентация волокон также влияет на ударную вязкость. Структурирование волокна следует рассматривать как средство повышения ударной вязкости изделий, полученных литьем под давлением. Ударная вязкость часто оценивается методами механики разрушения, которые рассмотрены в главе 20 этой книги. Фридрих показал, что ударная прочность SFRT, измеренная по фактору критической интенсивности напряжения, может быть оценена с помощью концепции микроструктурной эффективности по уравнению:
Смеси с дискретным наполнителем

Здесь KC.c и KC.m — ударная прочность композита и матрицы, соответственно; M — параметр микроструктурной эффективности; а — фактор напряженного состояния матрицы; n — отношение энергия/поглощение; R — параметр эффективности усиления. Первоначально R включал влияние послойной укладки волокон, ориентации. Позже в него было включено размерное отношение и распределение размерных отношений (то есть влияние концов волокон), и уравнение приобрело более общий вид:
Смеси с дискретным наполнителем

где Treli — относительная толщина i-го слоя, нормированная на толщину образца (В; рис. 31.4); fpeffl — эффективная ориентация i-го слоя, рассчитанная по зависимости функции планарной ориентации fp от fpeffl введенной Фридрихом; фfi — объемная доля волокна в i-м слое; (l/d)equi — эквивалентное размерное отношение в i-м слое; (l/d)mi и (l/d)ni — средневесовое и среднечисленное размерные отношения в i-м слое, соответственно. Уравнение (31.5) учитывает эффекты структурирования волокон (укладку в слои и ориентацию относительно пути трещины), обогащение или истощение усиливающего компонента, вызванное формованием, и размерное отношение (нарушенное переплетением и изгибом), а также его распределение (влияние концов волокна). Эмпирический характер R обусловлен тем фактом, что составляющие его члены взаимозависимы (рис. 31.4, b), но в уравнении (31.5) они считаются независимыми параметрами.
Этот эмпирический подход был использован для описания поведения при статическом и динамическом разрушении многих композитов, усиленных короткими и длинными волокнами, включая композиты с матрицами из смеси полимеров. Кроме того, эта концепция микроструктурной эффективности показала свою полезность для описания распространения усталостных трещин (РУТ) в S(L)FRT, упрочненном каучуком ПА-6, и в компатибилизованных матрицах ПА-66-ПП. Эта концепция была также рекомендована для решения задач конструирования. На основе подхода микроструктурной эффективности удалось оценить даже реакцию РУТ в упрочненном каучуком ПА-6 — величину, которую иначе экспериментально определить невозможно из-за наложения процесса ползучести.
Модификация свойств

1. Полимерные межфазные добавки. Граничная (между CB и ПП) сдвиговая прочность тint очень низка (между 5 и 8 МПа), так как поверхностное натяжение у ПП ниже, чем таковое у СВ, что ведет к плохой смачиваемости. Кроме того, кристаллизация вызывает некоторое «разувлажнение» вследствие усадки. Наконец, поверхность CB сама по себе не имеет мест для механического зацепления. Перспективный способ улучшения тint — применение связующих агентов, называемых также «стимуляторами адгезии», которыми обычно бывают привитые полиолефины и эластомеры. Среди этих агентов ПП, привитой малеиновым ангидридом или акриловой кислотой (ПП-g-MA и ПП-g-AK, соответственно), привитые этилен-пропиленовые каучуки (ЭПР-g-MA), функционализованные блок-сополимеры стирол-этилен-бутилен-стирол (СЭБС-g-MA) и им подобные. Такие функционализованные полимеры сейчас коммерчески доступны от различных производителей (например, Uniroyal Chemical, Exxon, Shell, DuPont). При использовании этих полимерных связующих тint между CB и ПП может возрастать до 18-20 МПа. Полимерные связующие также нашли применение в термопластах с пластинчатыми усиливающими компонентами.
В табл. 31.1 представлены основные механические свойства систем КСВ-ПП и ДСВ-ПП с и без полимерных связующих. Данные табл. 31.1 показывают, что жесткость не изменяется в зависимости от размерного отношения или связующего. Напротив, величины прочности показывают сильную зависимость от них. Изменение ударной прочности по Изоду с изменением размерного отношения хорошо выражено; однако связующее оказывает негативное влияние на ударную вязкость из-за ограничения деформации матрицы. Обратите внимание, что ударная прочность по Изоду в пять раз выше у ДСВ-ПП, чем у КСВ-ПП. Удивительно, что ударная вязкость ДСВ-ПП проявляет тенденцию к увеличению с уменьшением температуры (табл. 31.1). В другой статье, в которой сравнивалась реакция динамического разрушения КСВ-ПП и ДСВ-ПП, подобное значительное различие в энергии инициирования разрушения наблюдалось между усиливающими компонентами KCB и ДСВ. Наконец, энергия разрушения не изменяется с температурой в широком интервале от -40 до +60 °С. Это было объяснено развитием крупной зоны разрушения, контролируемой структурированием волокон и деформацией матрицы (последнее было отнесено к влиянию адиабатического расширения).
Смеси с дискретным наполнителем

Анализ сигналов акустической эмиссии доказал свою полезность для установления различия между механизмами, связанными с разрушением волокон, и для определения последовательности разрушения. С помощью акустической эмиссии было продемонстрировано, что очень высокая ударная прочность одного компаунда ДСВ-ПП возникла благодаря смещению механизмов разрушения от ломки волокон к вытягиванию волокон.
При добавлении третьего эластомерного компонента в бинарную смесь ПП-g-AK со слюдой ударная вязкость увеличивалась или уменьшалась в зависимости от того, была ли слюда капсулирована эластомером. Капсулирование стеклянных шариков (СШ) функционализованным каучуком (СЭБС-g-MA) в матрице из ПП увеличивало удельную существенную (essentials) работу разрушения, но сильно уменьшало несущественную (nonessentials) составляющую работы и, таким образом, стойкость к распространению трещины.
Следует заметить, что эффективность полимерного связующего выше, если он со-кристаллизуется с полимером-матрицей. Результаты, достигнутые с привитым ПФС в различных композитах ПП, судя по всему, поддерживают этот вывод.
2. Компатибилизаторы. Привитые или блок-сополимеры широко используются как компатибилизаторы в усиленных полимерных смесях. Движущая сила смешения ПП с ПА в том, что ПП дешев и имеет низкую плотность, низкое поглощение воды и хорошую стойкость к растворителям и химикалиям. С другой стороны, ПА имеет высокую ТДД, прекрасную стойкость к маслам, высокую ударную вязкость и хорошо окрашивается. В сочетании ПП с ПА слабые свойства обоих компонентов можно исключить и получить смесь с превосходными функциональными свойствами, в особенности для применений в автомобильной промышленности. Однако как улучшить плохую совместимость ПП с ПА? Этого можно достичь введением различных полимерных компатибилизаторов. Их влияние на смеси, усиленные СВ, сильно зависит от состава смеси. Если полимер матрицы — ПП, то ПА, как меньший компонент, капсулирует CB, так что влияние компатибилизаторов будет несущественным. С другой стороны, если матрица состоит из ПА, то домены ПП и CB диспергированы по отдельности. В этом случае добавлением компатибилизаторов может быть достигнуто улучшение свойств. Капсулирование или преимущественное смачивание одним из компонентов смеси контролируется термодинамически или кинетически. Это можно проиллюстрировать на хорошо спланированной серии испытаний.
Очевидно, что размерный тип CB (совместимых с ПП или ПА) определяет механические свойства смесей ПП-ПА. Для получения оптимальных функциональных свойств размеры CB должны соответствовать матричному полимеру.
3. Модификаторы ударостойкости. Ударная прочность полимеров определяется типом и морфологией полимера диспергированной фазы. Ее можно достичь либо химическим путем (через сополимеризацию), либо физически (смешением в расплаве), либо сочетанием указанных способов (реакционным смешением). Упрочненный каучуком ПА-6 может также производиться добавлением сополимера бутадиен-акрилонитрил с аминными концевыми группами (АБАН) к анионно-полимеризуемому ε-капролактаму. Такая полимеризация in situ может сочетаться с пултрузионным процессом. Во время пултрузии непрерывные CB смачиваются преполимером до завершения полимеризации. Этим способом, который также походит для производства ПА-6, усиленного ДСВ, последний смачивается гораздо лучше, чем при пропитке в расплаве. Кроме того, было найдено, что адгезия между CB и матрицей усиливается в присутствии модификатора АБАН (который превращается в диспергированную фазу благодаря фазовой сегрегации).
Уже на ранних этапах стало понятно, что хороший баланс между ударной пpoчностью и жесткостью при сохранении ценовой эффективности может быть достигнут использованием наполненного и усиленного пластинками (например, слюды, талька), упрочненного каучуком ПФС. Эти компаунды в наибольшей степени отвечают требованиям автомобильной промышленности. Наполнитель либо покрывается оболочкой из каучука, либо диспергируется отдельно. Конечная морфология зависит от типа выбранного каучука. Этот выбор влияет как на жесткость, так и на ударную вязкость. Капсулирование усиливающего компонента снижает модуль Юнга, но увеличивает ударную вязкость. Таким образом, увеличена ударной вязкости может быть достигнуто ценой жесткости и обратно, что является известным эмпирическим правилом.
Для усиленных смесей на основе ПП (например, ПП-каучук с или без функционализации) повышение прочности и снижение ударной вязкости наблюдалось при использовании функционализованных модификаторов (например, ПП-g-MA ЭПР-g-MA). Это было объяснено локальным обогащением модификатором областей вблизи СВ, что влияет на процесс вытягивания. Напомним, что общее поглощение энергии может быть уменьшено, если вытягивание не сопровождается эффективным перераспределением напряжения посредством различных деформационных процессов в матрице (рис. 31.6 и 31.7).
Успех рынка усиленных волокном, упрочненных каучуком полимерных смесей связан с хорошим сочетанием жесткости, прочности, ударной вязкости и поведения в окружающей среде, которого можно достичь, применяя комбинацию эластомера с волокном вместо использования только волокна. Величина фf, отвечающая оптимальной ударной вязкости, обычно ниже для упрочненной системы, чем для чистого полимера. Это различие является ясным указанием на конкуренцию между поглощением энергии волокном и матрицей. На рис. 31.8 показаны зависимость ударной энергии и ударной прочности по Шарпи в зависимости от фf и от содержания каучука в композитах ПА-66. Данные взяты из литературы. Улучшена ударной прочности зависит также от типа и количества «мягкого» модификатора.
Развитие зоны разрушения в усиленных, упрочненных системах можно исследовать с помощью анализа кривой сопротивления распространению трещины («КR-кривая»), Существенной предпосылкой для этого подхода, который хорошo работает как для хрупких, так и для пластичных систем, является то, что в нем имеется возможность определять зарождение и отлеживать рост трещины. В ПА KR достигает максимального значения при определенных содержаниях CB и ударного модификатора.
Смеси с дискретным наполнителем
Смеси с дискретным наполнителем

В табл. 31.2 сравниваются механические и тепловые свойства чистого, упрочненного каучуком, усиленного CB и упрочненного и (одновременно) усиленного CB ПА-66. По данным табл. 31.2 видно, насколько эффективно чувствительность к надрезу чистого ПА-66 снижается при добавлении каучука и/или CB. Таблица также демонстрирует ухудшение жесткости и прочности при захвате влаги. По уменьшению величин параметров жесткости и прочности, приведенных в табл. 31.2, очевидно, что вода атакует, в первую очередь, граничную область Выше мы обсуждали влияние преимущественного смачивания и капсулирования Можно ли использовать эти эффекты для более эффективной защиты границ раздела между матрицей и CB против гидролитической атаки? Результат недавнего исследования по гидротермальному старению усиленных KCB компаундов ПБТ с различными каучуковыми модификаторами показал, что эта цель вполне достижима.
Введение CB также вызывает ухудшение ударной вязкости, что было показано для ПК; это ухудшение усиливается с увеличением фf. Причина этого лежит в особом типе разрушения: пластичный ПК легко отсоединяется от волокон, образуя цилиндрические пустоты, которые внезапно коалесцируют за счет деформации матрицы. Поэтому ПК усиливают CB специально подобранного размера и с низкой концентрацией (примерно 10 %вес.) и/или смешивают с другими полимерами типа ПБТ (например, Xenoy фирмы GE Plastics), ПЭТ и АБС (например, Bayblend от Bayer). Эти смеси являются комбинациями типа «жесткий-жесткий» в отличие от смесей типа «жесткий-мягкий», которые мы рассматривали выше. Хотя состав этих смесей может варьироваться в полном диапазоне, кристаллический полимер обычно представляет больший компонент состава, если необходимо гарантировать высокие значения ТДД. Присутствие в смеси некристаллического полимера может существенно повлиять на кинетику кристаллизации ПЭТ, ПБТ или ПА. Кроме ПК, ряд других чувствительных к надрезу полимеров, таких как ПА, также смешиваются с жесткими полимерами, например, с ПФО или АБС. Компаунд ПА-66-ПФО поступает на рынок под названием Noryl GTX от фирмы GE Plastics. Его жесткость и величины ТДД обычно превосходят таковые для упрочненных каучуком аналогов.
Смеси с дискретным наполнителем

Смеси с дискретным наполнителем

На рис. 31.9 представлена поверхность разрушения смеси ПА-66-ПФО, усиленной 30 %вес. CB (торговое название Noryl GTX, фирма GE Plastics); состав ~ 50/50 %вес. На рис. 31.9, а отчетливо видно, что полимер диспергированной фазы вызывает сильную кавитацию, за которой следует пластическая деформация связок матрицы между диспергированными частицами (рис. 31.9, b). Эти механизмы ответственны за отличную ударную вязкость этой смеси. Благодаря высокой пластичности таких усиленных полимерных смесей, для определения ударной вязкости предпочтительно пользоваться J-интегралом. Данный подход применялся к усиленным CB смесям ПА-66-АБС, ПА-66-стирол-акрилонитрил (САН), ПА-66-ПФО и ПК-ПБТ. Члены выражения для J-интеграла, относящиеся к инициированию и распространению разрушения, не подчиняются закону аддитивности (правилу смесей) для неусиленных или усиленных волокнами смесей. Положительное отклонение (взаимное усиление), которое наблюдалось для усиленных смесей, было отнесено к изменению в характере разрушения (сильная сдвиговая деформация) и граничным эффектам. Отметим, что указанные результаты были получены при постоянной величине равной 0,16. С другой стороны, критическое значение J-интеграла значительно уменьшается с увеличением фf. Можно предсказать, что в будущем альтернативный подход к J-интегралу, а именно метод существенной работы разрушения (глава 20), будет развит для определения ударной вязкости усиленных полимеров. Это предсказание основано на простоте экспериментальной процедуры и сокращении объема данных для указанного метода. Хотя для вязких полимеров подход через работу разрушения в настоящее время получил широкое распространение, лишь предварительные испытания были проведены на усиленных полимерных смесях, конкретно, на усиленных CB смесях ПА-6.6-ПП с компати-билизатором СЭБС-g-MA. Следует указать, что применимость и ограничения различных нелинейных методов механики упругого разрушения в настоящее время интенсивно обсуждаются.
Смеси с дискретным наполнителем