Диссертация (1090298), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

2.14. Зависимости σ(tк) (слева) и σ(tк5/4) (справа) для гомо-АС ПС–ПС(Mw = 230 кг/моль), сформированных при Тк = (Тсоб – 23)оС и рк = 0.02 и 0.8МПа.127Выбор атмосферы формирования адгезионных соединенийСцельювыясненияатмосферномвоздухе,возможногонавлиянияадгезионнуювлаги,содержащейсяпрочность,впроводилосьсопоставление адгезионной прочности гомо-адгезионных соединений ПС–ПС и ПММА–ПММА [193], сформированных при tк = 24 час и рк = 0.2 МПа всреде атмосферного воздуха (влажность 75 ± 5%) и в вакууме (остаточноедавление < 0.1 мм рт. ст.). До приведения в контакт в вакууме при Тк = 44оСобразцы вакуумировались при этой же температуре в течение 24 час.Значения σ, полученные в двух сериях контрольных экспериментов длявышеуказанных гомо-АС, представлены на рис. 2.15.Прочность при сдвиге, МПа0,3ПММ А-ПМ МА, воздухПММ А-ПМ МА, вакуумПС-ПС, воздухПС-ПС, вакуум0,20,1t к = 24 час0,0-70-60-50oT к - T с (объёма), CРис.

2.15. Зависимость σ от (Тк – Тсоб) для гомо-АС ПС–ПС (Mw = 225кг/моль) и ПММА–ПММА (Mw = 87 кг/моль), сформированных при tк = 24час в среде атмосферного воздуха и в вакууме.Видно, что для АС ПММА–ПММА значение σ после контакта в вакууме приТк = (Тсоб – 62)оС на 16% выше ожидаемого значения σ после контакта в средеатмосферного воздуха при аналогичной Тк. Для АС ПС–ПС при Тк = (Тсоб –53)оС значение σ после контакта в вакууме примерно на столько же (на 20%)выше значения σ после контакта в среде атмосферного воздуха.

Другими128словами, близкий по величине эффект возрастания прочности при переходеотвоздушнойсредыквакуумунаблюдаетсякакдляумеренногигроскопичного ПММА, так и для гидрофобного ПС. Это даёт основанияпредполагать, что аутогезия в среде атмосферного воздуха при такихдостаточно низких по отношению к Тсоб температурах не может быть связанас повышением молекулярной подвижности благодаря пластифицирующемудействию влаги, адсорбированной поверхностью полимеров.

По этойпричине для формирования АС в данной работе была выбрана средаатмосферного воздуха, являющаяся “менее благоприятной” по сравнению свакуумом, детектирование адгезии в которой при Тк < Тсоб сделает аргументыповышенной сегментальной подвижности на интерфейсе по сравнению собъёмом более убедительными.Определениедополнительныхмеханическиххарактеристикадгезионных соединений при сдвиге. Аддитивная модель деформированияМодуль упругости при сдвигеКакправило,адгезионнаяпрочностьприсдвигеявляетсяединственным параметром, обычно определяемым в геометрии внахлёстку[24, 111, 138]. В этой связи важной задачей является определениедополнительных механических характеристик при использовании этогометода, в частности, модуля упругости и работы разрушения. Для решенияэтой задачи нами предложена аддитивная модель деформирования АС [194].На рис.

2.16 показана боковая проекция АС внахлёстку. Для наглядности,толщина δ зоны контакта (чёрный прямоугольник) показана соразмерной столщиной образцов, хотя первая является пренебрежимо малой посравнению со второй. Общая исходная длина АС lоб включает в себя длинудвух участков между краем зажима и краем зоны контакта 2(lр/2) и длинузоны контакта lс (см. левую часть рис. 2.16). При приложении к АСмеханической нагрузки F общее удлинение АС составит ∆lоб (см. правуючасть рис.

2.16), при этом длина каждого из двух участков lр/2,129деформируемых в моде растяжения, увеличится на ∆lр/2, а длина участка lс,деформируемого в моде сдвига − на ∆lс.Рис. 2.16. Схема деформирования АС при сдвиге.Общая деформация нагруженного АС, ∆lоб/loб, включает в себя деформациюрастяжения двух участков между краем адгезионного стыка и краем зажимаεр = ∆lp/lp и деформацию сдвига непосредственно в зоне контакта εс = ∆lс/lс.Так как модуль упругости определяется как отношение напряжения кдеформации образца на начальном (линейном) участке кривой нагружения,то кажущийся модуль упругости АС при сдвиге Ес*, с учётом отмеченноговыше допущения о равномерности распределения напряжения сдвига вдольдлины перекрытия, может быть представлен в видеЕс* = (F/Sc)/(∆lс/lс)(2.3),где F – значение силы при данной деформации в линейной области, Sc –площадь контакта.

Заменив ∆lс в уравнении (2.3) на (∆lоб – ∆lр), получаемЕс* = F/[Sc (∆lоб − ∆lр)/lс](2.4).Теперь единственным неизвестным параметром при расчёте Ес* является ∆lр,которыйможетбытьопределенпутёмдополнительныхизмерений130следующим образом (значения F и ∆lоб регистрируются в процессеиспытания АС на растягивающем устройстве).Деформирование АС, показанного на рис. 2.16, представим в видеотдельныхвкладовдеформациивмодахрастяженияисдвига,предварительно объединив две части АС, деформируемых в моде растяжения(каждая длиной lр/2), в один образец длиной lр (см. рис. 2.17). Исключивчасть АС, деформируемую в моде сдвига, рассмотрим только ту его часть,которая деформируется в моде растяжения.

Естественно предположить, чтопри одном и том же усилии F деформация растяжения в этом монолитномобразце будет такой же, как и деформация 2-х частей АС в моде растяжения.При этом скорость деформирования при растяжении в двух рассматриваемыхслучаях должна быть одной и той же: если АС деформируется со скоростьюподвижного захвата Voб, то монолитный образец должен деформироваться соскоростью Vp = Voб⋅(lр/lоб). Таким образом, из эксперимента по растяжениюмонолитного образца длиной lр непосредственно определяется значение ∆lр,необходимое для расчёта значения Ес* по уравнению (2.4).

Предложенныйметод определения Ес* иллюстрируется экспериментальными кривымирастяжения при комнатной температуре образцов ПС с Mw = 230 кг/моль (см.рис. 2.18), которые соответствуют схемам нагружения, приведёным на рис.2.16 и 2.17. Кривая 1 (F − ∆lр) получена при Vраст = 4.5 мм/мин (усреднение 5измерений) и является кривой растяжения плёнки с δ = 100 мкм и lр = 45 мм(соответствует моде растяжения на рис. 2.17).

Кривая 2 (F − ∆lоб) полученапри Vраст = 5 мм/мин (усреднение 20 измерений); она является кривой "сила −общее удлинение АС" (соответствует схеме нагружения на рис. 2.16),сформированного при Тк = 62оС и tк = 24 час из плёнок такой же ширины итолщины, как и при измерении кривой 1 (lоб = 50 мм).131Рис. 2.17. Аддитивная модель деформирования АС.Рис. 2.18. Зависимости “сила − удлинение при растяжении” при комнатнойтемпературе для ПС-230: (1) монолитный образец (δ = 100 мкм, ширина = 5мм); расстояние между зажимами = 45 мм, скорость растяжения Vраст = 4.5мм/мин); (2) адгезионное соединение ПС−ПС после контакта двух образцов сδ = 100 мкм и шириной 5 мм при 62оС в течение 24 час; длина перекрытия − 5мм, расстояние между зажимами − 50 мм, Vраст = 5 мм/мин.132Скорость деформирования в моде растяжения была одинаковой в двухрассмотренных случаях (0.1 мин−1).

Как следует из рис. 2.18, обе зависимостиF − ∆l носят линейный характер, поэтому область исследованных усилий иудлинений можно отнести к области квазилинейной вязкоупругости.Вычитая значение ∆lр (кривая 1) из значения ∆lоб при данном значении F(кривая 2), получаем значение удлинения в моде сдвига ∆lс, необходимое длярасчёта модуля сдвига. В итоге получаем значение Ес* = 13 МПа. Оценимотношение модуля к прочности (при комнатной температуре измерения) прирастяжении (“объёмные показатели”, характеризующие массивный образец)и сдвиге (показатели для частично залеченной границы раздела) для одного итого же ПС.

Эти отношения, составляющие 57 (= 2470 МПа/43.2 МПа − см.табл. 2.4) и 94 (= 13 МПа/0.14 МПа) для растяжения и сдвига,соответственно, являются величинами одного порядка. Это указывает накорректность предложенного метода определения Ес* при испытаниях АС врежиме растяжения. Кроме того, предложенная процедура позволяетпроанализировать деформирование адгезионного стыка в координатах“напряжение сдвига − дефoрмация сдвига”. Однако необходимо учитывать,что по мере увеличения степени залечивания границы раздела угол наклонакривой 2 будет приближаться к углу наклона кривой 1, делая наопределённой стадии весьма затруднительным надёжное определение ∆lс.Вместо значения ∆lр для расчёта значения Ес* может быть такжеиспользовано значение модуля упругости при растяжении Ер = F/(Sр⋅εр), гдеSр – площадь поперечного сечения и εр = ∆lр/lр. В этом случае проведениедополнительных измерений по определению значения ∆lр не требуется, азначение Ес* может быть рассчитано с помощью уравнения (2.5),полученного заменой ∆lр в уравнении (2.4) на (F⋅lр)/(Sр⋅Ер):Ec =*FlcFl pS c  ∆loб −EpSp(2.5).133Не представляет сложности определение Ес* и на асимметричныхграницахраздела.индивидуальныйОднаковкладвэтомслучаедеформациинеобходиморастяжениякаждогоучитыватьиз2-хконтактирующих образцов в общую деформацию растяжения АС.

Характеристики

Список файлов диссертации