Акустические исследования структурных изменений при растяжении в высоконаполненных полимерных композициях на основе каучука

Научная литература / Акустические исследования структурных изменений при растяжении в высоконаполненных полимерных композициях на основе каучука
Страница 1

Как известно, акустические параметры упругой волны чувствительны к структуре материала. По изменению коэффициента ослабления а и скорости распространения упругого возмущения v могут быть оценены анизотропия материала [1], наличие дефектов [2] и их пространственное расположение [3], величины обратимых деформаций [4] и могут быть получены представления о процессах, предшествующих разрушению материала [5]. В данной работе предпринята попытка определить изменения структуры в высоконаполненном каучуке по параметрам акустической волны, проходящей через образец, при одноосном растяжении.

Исследуемая система состоит из низковязкого дивинильного каучука и соли КС1, имеет плотность 1,8103 кг/м3 и разрывное напряжение ор«7105 Па. Размер частиц наполнителя ~210-4 м, соотношение компонентов 1:3. Мелкие частицы наполнителя, составляющие основную часть материала, произвольно распределены в полимерной матрице (рис. 1, а). При одноосном растяжении в таком материале могут возникнуть ориентационные эффекты и образоваться дефекты.

Наиболее приемлемым для выявления повреждений оказывается метод сопоставления экспериментальных зависимостей ослабления и скорости распространения акустической волны от числа и размеров искусственных дефектов с зависимостями параметров акустической волны от напряжения. Ожидаемые дефекты [6, 7], такие, например, как отслаивание связки от частиц наполнителя, разрыв частиц наполнителя и (или) полимерной связки, первоначально должны иметь характерный размер в десятую долю миллиметра. Из соображений наибольшей чувствительности акустического метода к дефектам такого размера целесообразно работать в мегагерцевом диапазоне частот. Ориентационные эффекты могут быть выявлены по акустической анизотропии.

На рис. 2 представлены зависимости коэффициента ослабления продольной волны и скорости от нормированного сечения рассеяния jn. Искусственные дефекты создавались кратковременным введением иглы с боковой поверхности образца. Условия акустического контакта образца с пьезодатчиками сохранялись постоянными. Как следует из полученных экспериментальных данных, ослабление акустического сигнала возрастает прямо пропорционально Вид зависимости ослабления от частоты a~f (/ — частота) в условиях опыта соответствует области фазового рассеяния, что не противоречит соотношению X/D~l (X — длина волны, D — диаметр частиц наполнителя). Казалось бы, повышая частоту, можно обнаружить минимально возможный дефект. Однако сильное ослабление затрудняет работу на частотах выше 3 МГц. Максимальное уменьшение скорости распространения продольной волны при условиях опыта составляет 60 м/с. При разрывных деформациях эта величина оказывается на порядок больше, что может свидетельствовать о существенно большей величине ^к перед разрушением.

Упругое взаимодействие волны с поверхностями трещин и с поверхностями раздела связки и наполнителя должно приводить к зависимости фазовой скорости от частоты. На рис. 3 представлены экспериментальные результаты частотной зависимости изменения скорости Av—v,—v2 (у, и v2— скорости соответственно на частотах 0,5 и 5 МГц) в ПММА, граните, алюминии и в наполненном полимере.

Рис. 1. Микрорельеф поверхности образца: а - до растяжения, протравлен; б, в - после растяжения (в - протравлен)

Как и следовало ожидать, для однородного ПММА при условиях эксперимента дисперсия не наблюдается. В других эталонных образцах обнаруживается дисперсия, вызванная зернистой структурой материала [8] или дефектами [9]. В образцах высоконаполненного полимера максимальный эффект геометрической дисперсии, вызванной дефектами, достигает —110 м/с (кривая 6), в образцах с ненарушенной структурой 36 м/с (кривая 5). Различны также формы импульсов, прошедших через пластину ПММА и высоконаполненный полимер. В ПММА на частотах 2,28; 1,344 и 0,705 МГц дисперсия отсутствует, в высоконаполненном полимере частота заполнения уменьшается соответственно до 1,15; 1,033 и 0,69 МГц. Дисперсия не обнаруживалась только на частотах ~300 кГц при акустической базе 10 мм.

Страницы: 1 2 3

Смотрите также

Принципиальная схема проведения АЭСА
В основе спектрального анализа лежит изучение строения света, который излучается или поглощается анализируемым веществом. Рассмотрим схему эмиссионного спектрального анализа (рис. 1). Для того чтоб ...

Синтез пиррольных интермедиатов для высокосопряженных порфиринов
...

Седьмая группа периодической системы
                  Из членов данной группы водород был рассмотрен ранее. Непосредственно следующие за ним элементы — F, Сl, Br и I — носят общее название г а л о г е н о в. К ним же следует отнес ...