|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Экспериментальное исследование и моделирование ползучести и восстановления фторопласта-4 и композитов на его основестатья
- Авторы: Хохлов А.В., Бабайцев А.В., Гулин В.В., Вотинова О.С., Тарасова П.Н., Ушканов А.А.
- Сборник: Материалы международной конференции «Физическая мезомеханика материалов». – Томск, 5-8 сентября 2022 г
- Год издания: 2022
- Место издания: Новосибирск
- Первая страница: 234
- Последняя страница: 235
- DOI: 10.25205/978-5-4437-1353-3-141
- Аннотация: Политетрафторэтилен (ПТФЭ, фторопласт-4) широко используется в машиностроении,строительств, медицине, электротехнике, химической промышленности, военной иаэрокосмической технике благодаря уникальному набору полезных физико-механическихсвойств: очень низкий коэффициент трения, гидрофобность, устойчивость к воздействиюводы, света, УФ-излучения, агрессивных сред, природных загрязнений, физиологическаянейтральность, электроизоляционная способность, стабильность свойств в широкомдиапазоне температур (от -260ºС до +260ºС). К недостаткам ПТФЭ можно отнести высокуюползучесть под нагрузкой даже при комнатной температуре (хладотекучесть), низкуюизносостойкость, низкую стойкость к радиации. Для улучшения свойств и расширенияобласти применения в матрицу ПТФЭ вводят разные наполнители: углеродные ибазальтовые волокна, силикаты, детонационные наноалмазы, порошки бронзы, дисульфидамолибдена, графита, кокса, слюды, меди, нитрида бора.В докладе приведены данные нескольких серий квазистатических испытаний нарастяжение с постоянными скоростями движения траверсы и на ползучесть и восстановлениепо двухступенчатым программам растяжения образцов из чистого ПТФЭ и ряда композитовна его основе с повышенной износостойкостью, полученных в последние годы влабораториях «Технологии полимерных нанокомпозитов» и «Полимерные композиты дляСевера» Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова введением вкачестве наполнителей слоистых силикатов (механоактивированные каолин и серпентин) икоротких базальтовых волокон [1–4]. Образцы имели форму лопаток с длиной рабочей части70 мм и площадью поперечного сечения 32 мм2. Эти испытания проводились в НИУ МАИ намашине Instron 5969, а испытания на изностойкость – в СВФУ на универсальномвысокотемпературном трибометре CETR UMT-3 по схеме трения "палец-диск".Построены и проанализированы семейства диаграмм деформирования с разнымискоростями растяжения (различающимися в 600 раз) и кривых ползучести и восстановления(КПВ) при разных уровнях напряжения. Исследованы особенности шейкоообразования иразрушения, скоростная чувствительность диаграмм деформирования композитов,зависимость модуля упругости, напряжения течения, напряжения и деформация при разрывеот скорости растяжения и от вида и содержания наполнителя. В испытаниях обнаруженывысокая деформативность фторопласта (кратность растяжения более 4 при скоростидвижения траверсы 1 мм/мин, кратность растяжения около 2 при скорости 600 мм/мин),способность материалов течь при постоянной нагрузке, выраженные наследственныесвойства и высокая скоростная чувствительность: при увеличении скорости растяжения в600 раз измеряемые напряжения увеличились почти в 2 раза, а деформация при разрушенииуменьшилась в 2 раза (с 425% до 215%). Все эти свойства становятся менее выраженнымипри наполнении фторопласта слоистыми силикатами до определенной концентрации.Подобраны содержания наполнителей, обеспечивающие наибольшее снижение ползучести иповышение жесткости (мгновенного модуля), прочности и износостойкости.По семейству построенных КПВ осуществлена проверка индикаторов применимости[5,6] к описанию деформирования исследуемых материалов физически нелинейногоопределяющего соотношения (ОС) вязкоупругопластичности типа Максвелла с двумяматериальными функциями, детально изученного ранее в цикле статей [5–12].Это ОС сочетает относительную простоту и широту области применимости: оно обобщает ряд классических моделей (за счёт произвольности материальных функций F(x) и V(x), управляющих упругой и вязкопластической компонентами деформации в (1)) и описывает широкий круг реологических эффектов, типичных для многих реономных материалов, проявляющих вязкоупругие и пластические свойства. Установлено, что базовые индикаторы применимости [5, 6] этого определяющего соотношения выполняются с хорошей точностью, а экспериментальные зависимости скорости установившейся ползучести и пластической деформации от уровня напряжения хорошо приближаются степенными и экспоненциальными функциями. Проведены определение двух материальных функций ОС (1) в классах степенных функций (найдены параметры, задающие степенные материальные функции) и отработка двух методик идентификации ОС (1) по КПВ [5], указан способ улучшения исходной методики идентификации путем предварительного приведения (посредством аппроксимации) экспериментальных кривых к качественному виду теоретических кривых, порождаемых ОС (1). Выполнена верификация ОС с найденными материальными функциями, продемонстрировано, что оно вполне удовлетворительно описывает КПВ исследованных материалов при деформациях, не превышающих 50%, намечены пути усовершенствования методик идентификации ОС (1).*** Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-13-20056, rscf.ru/project/22-13-20056.
- Добавил в систему: Хохлов Андрей Владимирович