Исследование процесса релаксации напряжений в деформированном композите с эпоксидной матрицей

Аннотация

Эпоксидные связующие являются основой многих композиционных материалов. Диапазон температур применения изделий из таких материалов ограничен температурой возникновения ползучести, т.е. температурой, при которой время релаксации напряжений становится сравнимо со временем их воздействия. В данной работе приведены результаты исследования процессов развития и релаксации напряжений в деформированном образце эпоксидного композита при изменении температуры. Проведена интерпретация экспериментальных данных с помощью модели релаксационных процессов в зернистых композитах. Были исследованы цилиндрические образцы из эпоксидной смолы ЭД-20, отвержденной полиэтиленполиамином. Смола была наполнена порошком закиси меди в концентрации от 0.064 до 0.34 объемных долей. В качестве метода измерения величины внутренних напряжений в композиционном материале использован метод ядерного квадрупольного резонанса на наполнителях. Напряжения в матрице регистрируются по изменению частоты ЯКР ядер 63Cu в кристалликах Cu2O. При температуре 303 К близкой к комнатной проведено продольное сжатие цилиндрических образцов с эпоксидной матрицей горячего отверждения. Деформация образцов привела к увеличению частоты линии ЯКР. С ростом температуры сдвиг частоты и соответствующие ему напряжения в матрице уменьшаются. Однако при температуре на 30 К ниже температуры стеклования зависимость сдвига частоты от температуры становится нелинейной, что свидетельствует о начале релаксационного процесса в матрице. Показано, что процесс релаксации напряжений, вызванных деформацией образца, хорошо описывается экспоненциальной зависимостью. Энергия активации этого процесса составила 105 кДж/моль, что существенно меньше значения энергии активации U = 115 кДж/моль процесса релаксации напряжений, вызванных всесторонним сжатием материала. Были проведены аналогичные эксперименты с образцами, имеющими эпоксидную матрицу холодного отверждения. Релаксация напряжений прошла в районе 333 – 343 К, что только на 40–50 ° выше комнатной температуры. Энергия активации процесса U = 96 кДж/моль. Это значение ниже, чем у смолы горячего отверждения. Кроме того, резкий спад напряжений происходил в узком (менее 10 К) интервале температур. Наблюдаемый спад напряжений при постоянной деформации образца свидетельствует о явлении «ползучести» в застеклованных композитах с эпоксидной матрицей.