Разработка методов моделирования и исследования структуры и упругих свойств полимерных композиционных материалов с использованием принципов клеточных автоматов

• Автор: Рогачев, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ, ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ И МЕТОДОВ ИХ МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1. Свойства полимерных композиционных материалов

1.2. Перколяционные эффекты в модифицированных композиционных материалах

1.3. Метод клеточных автоматов и способы его применения.

1.4. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИХ ПРОЦЕССОВ В ТРЕХМЕРНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТАХ

2.1. Моделирование начального состояния композиционного материала

2.2. Моделирование кластеризации частиц наполнителя.

2.3. Компьютерная реализация алгоритма перемешивания

ГЛАВА 3. ПЕРКОЛЯТДИОЕГНЫЙ АНАЛИЗ КЛАСТЕРНОЙ СТРУКТУРЫ КОМПОЗИТОВ
3.1. Формирование исследуемых структур
3.2. Разработка алгоритма поиска кластеров
3.3. Определение порога перколяции
3.4. Определение критических индексов.
ГЛАВА 4. ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ
4.1. Экспериментальное определение вязкоупругих свойств композитов
4.2. Расчт эффективных модулей продольного растяжения сжатия Еэф и сдвига Сэф.
4.3. Расчт усредннных значений Сср и Еср для клеток с наполнителем
4.4. Модельный эксперимент по определению вязкоупругих характеристик композитов.
4.5. Исследование параметров кристаллических решеток
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Значения температур, соответствующих релаксационным и фазовым переходам в ПТФЭ, для разных частот и степени кристалличности по данным разных авторов о температурной зависимости фактора потерь сведены в табл. Важнейшими механическими свойствами, определяющими работоспособность различных конструкций из полимерных материалов и, в частности, узлов зрения, являются прочностные и деформационные свойства. Существенное влияние температуры на механические свойства ПТФЭ: модуля упругости при изгибе, предела прочности при растяжении и относительного удлинения как закаленных, так и незакаленных образцов, показано в работе []. С повышением температуры от 3 до 3 К показатели прочности и модуля упругости монотонно снижаются, а относительное удлинение растет. Влияние закалки на механические свойства полимеров очевидно, так как скорость охлаждения заготовок прямо связана со степенью кристалличности. Минимальная скорость охлаждения приводит к максимальному содержанию кристаллической фазы. Таблица 1. Таблица 1. Примечание. Величины модулей упругости Е иС приводятся в Га. С получены при 3, 3, 3 К. Предел прочности при растяжении и модуль упругости ПТФЭ с повышением температуры уменьшается, но в меньшей степени, чем у других фторполимеров. Следует отметить монографию [], посвященную основам расчета полимерных узлов трения. В одной из глав монографии приведены данные экспериментального изучения динамических и статических механических свойств ПТФЭ. В работе приведены зависимости динамического и статического модулей упругости и сдвига при разных уровнях напряжения ст. Установлено, что величина статических модулей в сильной степени зависит от температуры и уровня напряжений, уменьшаясь с ростом а и Т. Как показали эксперименты, величина динамического модуля упругости фторопластов приблизительно в 2 - 2,5 раза выше статического. Это различие определяется тем, что как величина динамического, так и статического модуля во многом определяются вкладом релаксационных процессов. Так как скорость деформации при динамических испытаниях много выше, чем при статических, то и динамический модуль больше статического. Кроме того, на величину модуля оказывает влияние уровень напряжений. Ниже в табл. ПТФЭ при разных температурах. Другим полимером, распространенным в промышленности, благодаря высокой термостойкости и хорошим физико-механическим свойствам в широком интервале температур от К до 3-3 К, является Г1М-, относящийся к ароматическим пол ними дам. Таблица 1. ПКМ ПМ- разработан на основе ангидрида бензофенонтетракарбоновой кислоты и диаминдифенилового эфира (БЗФ) в виде мелкодисперсного порошка. Данный полимер перерабатывается пресс-литьем при давлении от до 0 МПа и температурах 3-3 К. Они применяются для изготовления уплотнений, подшипников, втулок и других деталей. Материалы с наполнителями обозначают ПАМ. Структурная формула БЗФ (ПМ-) представлена на рис. Рис. МПа; разрушающее напряжение при °С СУ = 6,4 - 5,4 МПа; относительное удлинение при разрыве б = 4-7 %; коэффициент трения ц = 0,-0,; водопоглощение за ч, 0,2-0,3 %. Ароматические полиимиды хорошо зарекомендовали себя в качестве антифрикционных материалов. В качестве наполнителей для полиимида ПМ-, используют: графит, дисульфид молибдена, окислы металлов, абразивы и другие. В табл. ПМ-, а также этого полиимида, наполненного 5 % графита (ПМ- - Г-5) []. Наполненный ПМ- отличается большей жесткостью, повышенной износостойкостью и более низким коэффициентом трения []. В работе [] изучались промышленные марки ПМ- и ПМ- и материалы на их основе. Наполненный материал ПАМ содержал % графита, а ПАМ - до % графита и нитрида бора. Ведение наполнителя в матрицу ПМ- способствует увеличению его динамических модулей. При введении наполнителей в исходные полиимиды удельная теплоемкость (Ср) уменьшается, а динамический модуль Юнга и упругость при сдвиге увеличиваются. Таблица 1. В вопросе прогнозирования вязкоупругих свойств полимерных композиционных материалов большую роль играет определение характера зависимости эксплуатационных свойств от параметров структуры, состава и свойств компонентов-наполнителей [].