Удельная необходимая работа разрушения удароупрочненных жестко-жестких смесей

13.08.2015

1. Смеси ПК-ПБТ. By с сотр. применяли метод HPP для изучения ударной вязкости при разрушении и механизмов ее повышения в смесях ПК-ПБТ в зависимости от состава смеси. Они нашли, что смеси 60/40 ПК-ПБТ показывают самые высокие значения wc. Достигнутая ударная вязкость составляла 16 кДж*м-2 для образцов толщиной 3,2 мм, но несколько уменьшалась при увеличении толщины листа до 6,4 мм. Для смеси этого состава был найден необычный механизм повышения ударной вязкости. С помощью ТЭМ было обнаружено, что домены ПК стабилизировали растущие мельчайшие трещины, возникающие в поле трехосного напряжения вершины трещины. Механизм разрыва-кавитации имел место на межфазной границе ПК-ПБТ, и он стимулировал сдвиговое течение в фазах ПК и ПБТ. Этот механизм поглощает огромное количество энергии до начала роста трещины. Еще более важно, что домены ПК также соединяли края трещины после инициации трещины. Этот эффект вызывал появление большой зоны пластического разрушения в вершине трещины и, следовательно, стимулировал высокое сопротивление развитию трещины.
Хашеми также применял методологию HPP для изучения влияния геометрии и размера образца и скорости деформации на процесс разрушения смеси ПК-ПБТ. Он пришел к выводу, что wp не зависит от всех этих переменных параметров опыта.
2. Смеси ПЛ-6-ПП-СЭБС-g-MA. Хейно с сотр. использовали метод HPP для получения необходимого и ненеобходимого компонентов полной работы разрушения wc и wp для изделий из смесей ПА-6-ПП, содержащих компатибилизатор СЭБС-g-MA, полученных литьем под давлением. Было показано, что процедура определения HPP может успешно применяться к упрочненным полимерным смесям, подвергнутым литью под давлением. Хотя необычно высокая поверхностная деформация может влиять на измерение HPP, этот эффект, зависящий от условий проведения испытания, обычно можно обнаружить на «хвосте» кривой зависимости нагружения от смещения точки приложения нагрузки.
В оставшейся части этого подраздела мы покажем эквивалентность метода HPP и подхода через J-интеграл для описания поведения при разрушении смеси ПА-6-ПП-СЭБС-g-MA.
а. Эксперимент. Смеси ПЛ-6-СЭБС-g-MA были изучены при наличии и отсутствии дисперсной фазы ПП. Ошинский с сотр. сообщали, что смесь нефункционализированного (Kraton G1652) и функционализированного (Kraton FG 1901Х) СЭБС при 20/80 %вес. является мощным усилителем ударной вязкости найлона-6 в условиях ударного испытания. Повышение ударной вязкости было отнесено за счет хорошо сбалансированного размера частиц каучука при наличии привитого MA. Этот состав смеси СЭБС и СЭБС-g-MA мы ниже будет называть просто СЭБС-g-MA, если не будет оговорено иное. Материалы смешивались в сухом виде для состава 80/20 найлон-6/ПП и отдельно найлона-6 при добавлении к 20 %вес. СЭБС-g-MA. Найлон-6 (Ultramid В35) был предоставлен BASF, а ПП (Propathene GSE52) — ICI Australia. Как малеинизированный, так и немалеинизированный СЭБС были получены от Shell Chemical. Смешение и гранулирование осуществлялись так же, как в описанной выше процедуре приготовления смесей ПА-66-ПП-СЭБС-g-MA при 240 °C. Гранулы перерабатывались литьем под давлением в образцы трех различных типов: лопатки толщиной 3 мм для испытаний на растяжение, образцы в геометрии SENB (82x12,6x6 мм) и геометрии DENT (164x40x3 мм) для испытаний по определению Jc и НРР. Анализ HPP для образцов DENT осуществлялся с помощью уравнения (20.22), a Jc определялся для образцов SENB путем линейной экстраполяции экспериментальных данных на нулевой рост трещины (без пересечения с линией затупления).
б. Результаты и обсуждение. Кривые P-u смесей ПЛ-б-СЭБС-g-MA с дисперсной фазой ПП и без таковой проявляют геометрическое сходство при росте трещины для всех длин перемычек. В отличие от результатов Хейно с сотр., поверхностной деформации не наблюдалось. На рис. 20.14 показана удельная полная работа разрушения wf в зависимости от длины перемычки l для двух смесей. Обе серии проявляют замечательную линейность; однако некоторые данные попадают в смешанный режим при l < W/3. Подстановка we в уравнение (20.24) показывает, что требование по толщине для ударной вязкости при плоскостной деформации не удовлетворяются. Бай и Май, однако, предполагали, что требование по толщине для ударной вязкости может быть менее строгим для этих смесей. Таким образом, используется рекомендация протокола ESIS для определения того, имеет ли место переход плоскостное напряжение-плоскостная деформация из-за пластического ограничения надреза. Однако все величины площади сечения нетто σn лежат чуть выше 1,15 σy, где σy — одноосное растягивающее напряжение; явного перехода не наблюдается, величины we, полученные на рис. 20.14, поэтому являются величинами для плоскостного напряжения, характерными для листов толщиной 3 мм. Заметим, что величины we для обеих смесей ПЛ-6-СЭБС-g-MA не чувствительны к дисперсной фазе ПП.
На рис. 20.15 показаны кривые JR для смесей ПА-6, модифицированных СЭБС-g-MA, при наличии и отсутствии дисперсного ПП. Данные получены на образцах толщиной 6 мм с использованием геометрии SENB; измерения проводились на серии образцов. Критические величины Jc намного меньше, чем таковые, полученные при условиях плоскостного напряжения, что видно по величине we на рис. 20.14. Проверка требования по толщине для ударной вязкости при плоскостной деформации показывает, что обе величины Jc очень близки к истинным величинам плоскостной деформации, обозначенным Jlc. При плоскостной деформации условия роста трещины, контролируемого J-интегралом, величина dJ/da может рассматриваться как свойство материала, которое не зависит от геометрии образца и конфигурации нагружения. Если пренебречь толщиной листа, то можно ожидать такой же величины dj/da для геометрии DENT. Следовательно, мы можем воспользоваться уравнением (20.26) для оценки βwp (= 1/4 dj/da) образцов в геометрии DENT. Тогда величины βwp составляют 12,85 и 12,58 МДж/м3 для 80/20 ПЛ-6-СЭБС-g-MA и 80/20 ПA-6-ПП-CЭBC-g-MA соответственно, тогда как измеренные величины на рис. 20.14 составляют 12,39 и 12,54 МДж/м3 соответственно. Отличное согласие, однако, может быть счастливой случайностью, поскольку мы допустили, что не зависит от толщины листа от того, находится ли вершина трещины в условиях плоскостного напряжения или плоскостной деформации. Суть проблемы состоит в том, является ли величина dj/da действительно независимой от толщины, и этот пункт должен быть в дальнейшем проверен. В табл. 20.2 собраны данные по прочностным свойствам ПА-6, модифицированных СЭБС-g-MA при наличии и отсутствии дисперсной фазы ПП.
Удельная необходимая работа разрушения удароупрочненных жестко-жестких смесей
Удельная необходимая работа разрушения удароупрочненных жестко-жестких смесей