Диссертация (1090298), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Прочность при сдвиге АС σ определялась путёмделения разрушающей нагрузки на площадь контакта. (Автор выражаетблагодарность В.А. Пахотину, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, за помощь впроведении этих измерений и их обработку.)141Глава 3. Физико-механические свойства адгезионных соединенийполимер−полимер, сформированных в условиях стеклообразногосостояния объёма3.1. Механические свойства адгезионных соединений присдвиговом деформировании3.1.1.
Кривая деформированияНа рис. 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4 представлены экспериментальные кривыедеформирования для сформированных внахлёстку при Тк ниже Тсоб гомо-АСПС−ПС, ПФО−ПФО, смесь−смесь и амПЭТФ−амПЭТФ [191, 198, 203-207],соответственно, которые получены впервые. Как видно, они носят линейныйхарактер в широких диапазонах Тк (см. рис. 3.1 и 3.2) и tк (см. рис. 3.3 и 3.4).F, кгcУдлинение, ммРис. 3.1. Кривые сила − удлинение для гомо-адгезионных соединений ПС230−ПС-230 при 5-ти значениях Тк (указаны у кривых); tк = 24 час.
Дляясности, кривые сдвинуты друг относительно друга на 0.2 кгс.142F, кгcУдлинение, ммРис. 3.2. Кривые сила − удлинение для гомо-адгезионных соединенийПФО−ПФО при 5-ти значениях Тк (указаны у кривых); tк = 24 час. Дляясности, кривые сдвинуты друг относительно друга на 0.02 кгс.F, кгcУдлинение, ммРис. 3.3.
Кривые сила − удлинение для гомо-адгезионных соединенийсмесь−смесь (ПС:ПФО = 3:1) при 8-ми значениях tк (указаны у кривых) винтервале от 2 мин до 96 час; Тк = 108оС = (Тсоб − 13)оС. Кривые сдвинутыдруг относительно друга на 0.05 кгс.1430,5tк= 15 часобoТк = Tс - 7 CСила, кгc0,44 час0,31,5 час30 мин0,25 мин0,10,00,000,050,100,15Удлинение, ммРис. 3.4.
Кривые сила − удлинение для гомо-адгезионных соединенийамПЭТФ-15−амПЭТФ-15 при 5-ти значениях tк (указаны у кривых); Тк = 74оС= (Тсоб − 7)оС. Для ясности, кривые сдвинуты друг относительно друга на 0.07кгс.Этоуказываетнато,чтововсехвышерассмотренныхслучаяхдеформирование происходит в области квазилинейной вязкоупругости.Полученные кривые деформирования были использованы для расчётаадгезионной прочности и модуля упругости в зоне контакта при сдвиге.Важно отметить, что при исследованных условиях контактированиянаблюдаются достаточно высокие значения разрывной нагрузки Fразр –единицы–десятки Ньютонов, причём значения Fразр и удлинения при разрыве∆lразр увеличиваются при увеличении tк и повышении Тк.
Качественно, этифакты свидетельствуют о диффузионной природе эволюции механическихсвойств в зоне контакта и ставят вопрос о проведении исследованиязависимости прочности при сдвиге σ от tк и Тк. На примере гомоадгезионного соединения ПС-225−ПС-225 такие зависимости рассмотрены нарис. 3.5-а (Тк = Тсоб − 33) и рис. 3.5-б (tк = 1 час).1441.50.4σ, MПaσ, МПа(б)(а)0.60.2tконт = 1 час1.00.5объёмаTc0.0050010000.050150075100oТконт, Ctконт, минРис. 3.5.
Зависимости прочности при сдвиге для гомо-адгезионногосоединения ПС-225−ПС-225 от tк при Тк = 64оС = (Тсоб − 33)оС (а) и от Тк приtк = 1 час (б).Как следует из данных рис. 3.5-а и 3.5-б, при Тк, существенно более низких,чем Тсоб, наблюдается увеличение значения σ как от tк, так и от Тк. Такоеповедение,являющеесяхарактернымдляадгезионныхпроцессов,контролируемых диффузией при Тк выше Тсоб, наблюдается впервые вобласти Тк ниже Тсоб. В этой связи встаёт вопрос о выяснении ихсоответствия кинетическим законам эволюции σ от tк и Тк при Тк > Тсоб.3.1.2.
Зависимость адгезионной прочности от времениконтактированияАнализ на соответствие теоретическим законамДляэтихцелейвданномразделеисследуетсясоответствиезависимостей σ(tкх) теоретическим значениям показателей степени х длявысокомолекулярных полимеров в рептационной модели субцепи [2] и приучёте раузовой динамики [4, 18], которая рассматривает 5 динамическихрегионов диффузии, разделённых четырьмя фундаментальными временами145релаксации (см. табл. 1.3.1 и 1.3.2). Экспериментальные зависимости σ – tк,измеренные при комнатной температуре, анализировались в координатах σ –tк3/4, σ – tк1/2, σ – tк0.36, σ – (1 – 1/еt), σ – tк1/4 и σ – tк1/8.
С помощью методанаименьших квадратов определялся коэффициент корреляции k (= r2) прииспользовании графической программы Origin. Для анализа этим методомкоэффициенты b и b’ зависимостей y = a + bx и x = a’ + b’y, необходимыедля расчёта значения r2 = b⋅b’, определялись следующим образом:b=b' =nΣxy − ΣxΣynΣx 2 − (Σx) 2(3.1)nΣxy − ΣxΣynΣy 2 − (Σy ) 2(3.2),где n – число экспериментальных точек.Процедура определения наиболее корректных значений х показана нарис. 3.6 на примере гомо-адгезионного соединения ПС-210–ПС-210 (n = 7).Как следует из данных рис.
3.6, несмотря на достаточно высокие значениястандартногоотклонения(что,однако,являетсяхарактернымдлямеханических и диффузионных характеристик у поверхности и границахраздела полимеров – см., например, [6, 7, 136-139]), можно выделитькоординаты,вкоторыхлинейнаязависимостьявляетсянеудовлетворительной (рис.
3.6-а, 3.6-б, и 3.6-г) [208]. Наиболее корректнымзначением х, т.е. значением х, при котором линейная зависимость σ(tкх) имеетмаксимальное значение k = 0.995 (для идеальной линейной зависимости k =1), является значение х = ¼ [209]. Для гомо-АС ПС-225−ПС-225кинетический закон σ − tк1/4 (см. рис. 3.7-б) также оказался наиболеекорректным по сравнению с σ − tк1/2 (см.
рис. 3.7-а) и σ − tк1/8 (см. рис. 3.7-в).Аналогичным образом было проанализировано 18 экспериментальныхзависимостей σ – tк (2 мин ≤ tк ≤ 24 час), для получения которых былосформировано порядка 2⋅103 гомо-адгезионных соединений ПС–ПС и ПФО–ПФО внахлёстку в диапазонах (Тсоб – 48)оС ≤ Тк ≤ (Тсоб – 13)оС и (Тсоб – 126)оС146≤ Тк ≤(Тсоб – 60)оС, соответственно, которые затем разрушались прикомнатной температуре. Результаты этой процедуры приведены в табл. 3.1 и3.2 (максимальное значение k для каждой из исследованных Тк подчёркнуто).(а)0,4k = 0,9260,201002003/4t к , мин0,40,03000101/230t к , минσ, МПа0 ,4k = 0,9 89401/2(г)0,60 ,2203/4(в )0 ,6σ, МПаk = 0,9700,20,00,4k = 0,9150,20 ,00,005tк(д )0,6100 ,36, мин150,00,20 ,3 60,40,60,8tк1 - 1 /e , t к - в ча с0 ,6k = 0,9950,4σ , МПаσ, МПа(б)0,6σ, МПаσ, МПа0,60,2(е )0 ,4k = 0,9900 ,20,0024tк1 /4, мин680 ,00121 /4tк1 /8, мин31 /8Рис. 3.6.
Прочность при сдвиге для гомо-адгезионного соединения ПС-210–ПС-210 в зависимости от tк3/4 (а), tк1/2 (б), tк0.36 (в), (1 – 1/еtк) (г), tк1/4 (д) и tк1/8(е); Тк = 92 оС = (Тсоб – 13)оС, рк = 0.8 МПа.1470,500,250,00021/2t , час41/2(б)0,50σ, MPa(а)σ, MPaσ, MPa0,500,250,00011/42(в)0,250,0001/4t , час11/8t , час21/8Рис. 3.7. Зависимости прочности при сдвиге от tк1/2 (а), tк1/4 (б) и tк1/8 (в) длягомо-адгезионного соединения ПС-225−ПС-225; Тк = 64оС = (Тсоб − 33)оС.Как уже отмечалось выше, в случае контролирования процесса эволюциипрочности на начальных стадиях залечивания раузовой динамикой при tк <tРауз должно проявиться дискретное изменение значения х от ½ до ¼ (или до0.36) и затем до 1/8 (или закона 1−e−tк) при последовательном переходе изпервого динамического региона в третий (см. табл.
1.3.2). Однако данныетабл. 3.1. и 3.2 для нескольких гомо-АС ПС−ПС и гомо-АС ПФО−ПФО неподтверждают существования нескольких динамических регионов: смещениямаксимального значения k от координат σ − tк1/2 к σ − tк1/4 (или σ − tк0.36), идалее к σ − tк1/8 (или от координат σ − tк1/4 к σ − tк1/8, и снова к σ − tк1/4) приповышении Тк (что предполагает постепенное вовлечение в процессдиффузии всё более протяженных последовательностей) не наблюдается.Такое поведение согласуется с результатами работ других исследователей, вкоторых также не наблюдали нескольких динамических регионов длязависимостей σ(tк) и G(tк) как при Тк > Тсоб [6, 7, 23, 24, 101, 111], так и при Тк< Тсоб [139].
На этом основании для определения наиболее адекватногокинетического закона σ − tкх для каждого значения х определялось среднеезначение k, kср, из 13-ти кривых для АС ПС−ПС и из 5-ти кривых для АСПФО−ПФО; они приведены в нижних строках табл. 3.1 и 3.2.Как следует из данных табл. 3.1 и 3.2, учёт раузовой динамики в 3-емрегионе является наименее корректным кинетическим законом, так как148зависимости σ(1−e−tк) характеризуются как минимальным значением kср, таки минимальными значениями k для большинства из исследованных Тк.Невысокие значения k и kср наблюдаются и для координат σ − tк3/4, чтоуказывает на слабую зависимость σ от общего числа мономеров, пересёкшихзону контакта (см. табл. 1.3.1).Таблица 3.1Значения коэффициента корреляции k зависимостей σ(tк)х для симметричнойграницы раздела ПС−ПС при нескольких значениях Тк < Тсобσ − tк1/4 σ − (1−e−t) σ − tк1/8Mw/Mn,Тк − Тсоб, σ − tк3/4 σ− tк1/2 σ − tк0.36кг/мольо230/81–130.9030.9370.9370.9570.7540.953–230.9270.9490.9590.9630.8350.957–330.8210.8480.8660.8790.6200.890–410.9390.9710.9850.9890.7530.979–480.7330.7970.8280.8550.6410.878–330.9050.9750.9890.992-0.989210/200 –130.9260.9700.9890.9950.9150.990103/97–130.9150.9520.9760.986-0.988–230.9820.9951.0000.995-0.979–330.9940.9660.9450.917-0.8751111/–130.9240.9540.9800.988-0.989966–230.9760.9790.9940.997-0.991–330.9450.9290.9530.963-0.965kср 0.9150.9400.9540.960-0.956215/75С149Таблица 3.2Значения коэффициента корреляции k зависимостей σ(tк)х для симметричнойграницы раздела ПФО−ПФО при нескольких значениях Тк < Тсобσ − tк3/4σ − tк1/2σ − tк0.36σ − tк1/4σ − (1−e−t) σ − tк1/8–600.8140.8820.9200.9460.7120.976–700.9970.9910.9760.9540.9830.912–800.8730.9120.9290.9340.7700.925–920.9360.9630.9740.9740.8480.923–1260.9230.9610.9770.9840.8140.945kср 0.9090.9420.9550.9580.8250.936Тк − Тсоб,оСНесколько бόльшие значения k и kср имеют зависимости σ − tк1/2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
