Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа”
Досліджено вплив вмісту і природи дисперсних наповнювачів на фізико-механічні властивості епоксидних композитів. Показано, що для підвищення когезійної міцності матеріалів у пластифікований зв’язувач необхідно вводити частки зольних мікросфер та карбіду кремнію з дисперністю 63 мкм. Додатково показа...
Saved in:
| Published in: | Вісник Українського матеріалознавчого товариства |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Українське матеріалознавче товариство
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125424 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” / О.І. Редько // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2014. — № 1(7). — С. 141-149. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125424 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Редько, О.І. 2017-10-26T17:50:11Z 2017-10-26T17:50:11Z 2014 Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” / О.І. Редько // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2014. — № 1(7). — С. 141-149. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 2310-9688 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125424 667.64:678.026 Досліджено вплив вмісту і природи дисперсних наповнювачів на фізико-механічні властивості епоксидних композитів. Показано, що для підвищення когезійної міцності матеріалів у пластифікований зв’язувач необхідно вводити частки зольних мікросфер та карбіду кремнію з дисперністю 63 мкм. Додатково показано, що для поліпшення когезійних властивостей композитів необхідно вводити у зв’язувач 5–15 мас.ч. вспученого вермикуліта (10–20 мкм). Исследовано влияние концентрации и природы дисперсных наполнителей на физико-механические свойства эпоксидных композитов. Показано, что для повышения когезионной прочности материалов в пластифицированное связующее необходимо вводить частицы зольных микросфер и карбида кремния с дисперсностью 63мкм. Дополнительно показано, что для повышения когезионных свойств композитов необходимо вводить в связующее 5–15 мас.ч. вспученого вермикулита (10–20 мкм). The influence of content and nature of dispersed fillers on physical and mechanical properties of epoxy composites is investigated. It is shown that to increase the cohesion strength of materials it is necessary to enter the ash microspheres parts and silicon carbide with disperse of 63mcm in plasticized oligomer. More shows that to improve the cohesion properties of composites it is necessary to enter 5–15 m.p. of vermiculite (10–20 mcm) in oligomer. uk Українське матеріалознавче товариство Вісник Українського матеріалознавчого товариства Результати наукових досліджень Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” |
| spellingShingle |
Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” Редько, О.І. Результати наукових досліджень |
| title_short |
Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” |
| title_full |
Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” |
| title_fullStr |
Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” |
| title_full_unstemmed |
Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” |
| title_sort |
дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” |
| author |
Редько, О.І. |
| author_facet |
Редько, О.І. |
| topic |
Результати наукових досліджень |
| topic_facet |
Результати наукових досліджень |
| publishDate |
2014 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Вісник Українського матеріалознавчого товариства |
| publisher |
Українське матеріалознавче товариство |
| format |
Article |
| description |
Досліджено вплив вмісту і природи дисперсних наповнювачів на фізико-механічні властивості епоксидних композитів. Показано, що для підвищення когезійної міцності матеріалів у пластифікований зв’язувач необхідно вводити частки зольних мікросфер та карбіду кремнію з дисперністю 63 мкм. Додатково показано, що для поліпшення когезійних властивостей композитів необхідно вводити у зв’язувач 5–15 мас.ч. вспученого вермикуліта (10–20 мкм).
Исследовано влияние концентрации и природы дисперсных наполнителей на физико-механические свойства эпоксидных композитов. Показано, что для повышения когезионной прочности материалов в пластифицированное связующее необходимо вводить частицы зольных микросфер и карбида кремния с дисперсностью 63мкм. Дополнительно показано, что для повышения когезионных свойств композитов необходимо вводить в связующее 5–15 мас.ч. вспученого вермикулита (10–20 мкм).
The influence of content and nature of dispersed fillers on physical and mechanical properties of epoxy composites is investigated. It is shown that to increase the cohesion strength of materials it is necessary to enter the ash microspheres parts and silicon carbide with disperse of 63mcm in plasticized oligomer. More shows that to improve the cohesion properties of composites it is necessary to enter 5–15 m.p. of vermiculite (10–20 mcm) in oligomer.
|
| issn |
2310-9688 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125424 |
| citation_txt |
Дослідження пружних властивостей та деформацій системи “захисне покриття – металева основа” / О.І. Редько // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2014. — № 1(7). — С. 141-149. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT redʹkooí doslídžennâpružnihvlastivosteitadeformacíisistemizahisnepokrittâmetalevaosnova |
| first_indexed |
2025-11-27T07:06:59Z |
| last_indexed |
2025-11-27T07:06:59Z |
| _version_ |
1850806154257498112 |
| fulltext |
II. Результати наукових досліджень
141
УДК 667.64:678.026
О. І. Редько1
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРУЖНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТА ДЕФОРМАЦІЙ
СИСТЕМИ “ЗАХИСНЕ ПОКРИТТЯ – МЕТАЛЕВА ОСНОВА”
Досліджено вплив вмісту і природи дисперсних наповнювачів на фізико-механічні вла-
стивості епоксидних композитів. Показано, що для підвищення когезійної міцності мате-
ріалів у пластифікований зв’язувач необхідно вводити частки зольних мікросфер та карбі-
ду кремнію з дисперністю 63 мкм. Додатково показано, що для поліпшення когезійних
властивостей композитів необхідно вводити у зв’язувач 5–15 мас.ч. вспученого вермикулі-
та (10–20 мкм).
Ключові слова: епоксидна матриця, наповнювач, композит, властивості, міцність.
Постановка проблеми
Основою інженерних розрахунків є оцінювання міцності металів та
сплавів в умовах напружено-деформованого стану. Необхідними також є до-
слідження при динамічних навантаженнях пружних властивостей і деформацій
захисних покриттів, які нанесені на металеву основу. На сучасному етапі ро-
звитку матеріалознавства перспективним і цікавим з наукової точки зору є до-
слідження пружних властивостей та деформацій систем “покриття–основа” з
використанням діаграм напруженого стану на різних етапах навантаження ма-
теріалу. Одним із методів вирішення такої задачі є розроблення нових підходів
для дослідження деформацій при одновісних навантаженнях системи “покрит-
тя–основа”, що дозволяє експериментально визначити значення напружень у
кожній точці покриття і основи на різних стадіях деформації. Крім того, важ-
ливим є дослідження критичних напружень або деформацій покриття та осно-
ви при багатоступінчастому режимі навантаження системи “покриття–основа”.
Аналіз таких результатів дозволяє визначити адгезійні та когезійні властивості
захисних покриттів [1, 2].
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Як зазначалося вище, важливим при динамічних навантаженнях є оціню-
вання напружено-деформованого стану як основи, так і покриття. Відомо, що
внаслідок деформування матеріалу у основі та покритті виникають напружен-
ня у напрямку дії навантаження і у перпендикулярному напрямку [2]. При
цьому слід враховувати, що досягення високої адгезійної міцності покриттів
до основи не є основним підходом для підвищення надійності і ресурсу екс-
плуатації елементів конструкцій за критичних умов. До того ж висока адгезій-
на міцність не завжди є доцільною, позаяк покриття зі значною адгезією хара-
ктеризуються не завжди вискоими показниками когезійної міцності. У цьому
плані доцільним є використання двошарових захисних покриттів, де адгезій-
Редько Ольга Іванівна, кандидат технічних наук, доцент кафедри комп’ютерних техноло-
гій професійного навчання Луцького національного технічного університету.
“Вісник” УМТ № 1 (7) 2014
142
ний шар забезпечує міцність зчеплення покриття з металевою основою, а по-
верхневий забезпечує підвищення когезійних властивостей матеріалів. Во-
дночас необхідним є встановлення оптимального вмісту двокомпонентного
полідисперсного наповнювача у захисних покриттях на основі композитних
матеріалів (КМ), які характеризуються високими показниками як адгезійної,
так і когезійної міцності.
Мета роботи дослідити пружні властивості та деформації системи “за-
хисне покриття–металева основа” і встановити оптимальний вміст у КМ дво-
компонентного полідисперсного наповнювача для формування покриттів з
підвищеними експлуатаційними характеристиками.
Методика та матеріали дослідження
Об’єктом дослідження вибрано епоксидний оліґомер марки ЕД-20 (ГОСТ
10587-84). Для зшивання композицій використано твердник поліетиленполіа-
мін ПЕПА (ТУ 6-05-241-202-78). Як пластифікатор використано дибутилфта-
лат (ГОСТ 2102-72). Зв’язувач формували при такому вмісті інгредієнтів,
мас.ч.: епоксидний олігомер ЕД-20 – 100, пластифікатор дибутилфталат – 8,
твердник ПЕПА – 8. З метою з’ясування впливу фізичної природи і топології
поверхні наповнювачів на властивості КМ використано грубодисперсні
(63мкм) і дрібнодисперсні (10–20мкм) частки. Як грубодисперсні наповнювачі
застосовували зольні мікросфери (ЗМ) (ТУ 5712-010-80338612-2008), частки
коричневого шламу (КШ) і карбіду кремнію. Як дрібнодисперсні наповнювачі
використовували частки вспученого вермикуліта (ВВ), газової сажі (ГС) і ок-
сиду хрому зеленого (ГОСТ 2912-79).
Важливим напрямком оцінки міцності матеріалу при руйнуванні є експе-
риментально-розрахункове визначення максимальних значень нормальних
напружень (когезійна міцність) у будь-якому напруженому стані і танґенціа-
льних напружень (адгезійна міцність), які виникають на межі поділу фаз “пок-
риття–основа”. Такі умови потребують створення методик розрахунку, які
дозволяли б оцінити граничні величини напруженого стану матеріалу. Теорія
розрахунку, а також методика досліджень фізико-механічних характеристик,
розроблена на основі теорії міцності [3–5]. Було досліджено адгезійну і ко-
гезійну міцність епоксикомпозитів, сформованих на сталевій основі. Викори-
стана методика досліджень при випробуванні одного зразка дозволяє отримати
значення деформації, адгезійної та когезійної міцності, модуля пружності по-
криття і основи, а також охарактеризувати вид руйнування композиту [3].
Для дослідження використано на стандартний плоский зразок зі сталі Ст.3
(ГОСТ 3248-81), на який до половини довжини робочої частини з обох сторін
основи симетрично наносили покриття (рис. 1). Зовнішні параметри зразка
(основи), а також розміри нанесених покриттів були такими: товщина: hо =
1,00±0,01мм, hп = 0,40–0,45мм; площа: So = 9,8 ± 0,2мм2; Sп = 2,0 ± 0,1мм2, де:
індекси “о” і “п” означають, що характеристики відносяться до основи і по-
криття.
Рис. 1. Зразок для визна-
чення фізико-механічних
властивостей матеріалу:
1 покриття; 2 дат-
чик АЕ; 3 тензодатчи-
ки; 4 позначки для
вимірювання деформації
оптичним методом
II. Результати наукових досліджень
143
Експеримент виконували на розривній машині FM-1000. Зразок наванта-
жували ступінчасто, збільшуючи зовнішнє навантаження на 250Н. Величину сту-
пеня навантаження визначали, використовуючи зразки без покриття. При цьому
ступінь навантаження має бути таким, щоб у області пружних деформацій основи
було виміряно декілька характеристик системи “основа–покриття” для накопи-
чення статистичної інформації. Під час зупинок навантаження зразка з покриттям
(t = 10с) автоматично записували сигнали при різних зусиллях навантаження. За
результатами досліджень будували залежність “напруження–відносна дефор-
мація” у зразку з покриттям і без нього. На основі отриманих результатів будували
криві залежності напружень від відносних деформацій у покриттях.
Модуль пружності визначали, аналізуючи пружну ділянку на кривих розтягу
за формулою:
o
n
o
n
o
n EE
2
1 ,
де індекси “о” і “п” означають, що характеристики відносяться до основи і по-
криття, ε відносна деформація.
Когезійну міцність або нормальні напруження визначали за формулою:
chkl
chkz
H
G
H
G
H
G
H
G
hk no
no
o
n 12
2
,
де G модуль зсуву; Н товщина покриття і основи; h товщина покриття.
Адгезійну міцність або тангенціальні напруження визначали за формулою:
thkl
oonn
o
FE
2
FE
1t
kε ,
де
oonn
2
FE
2
FE
12tlk ,
h
G
H
G
h
G
H
G
L
no
no
F сила розтягу.
Експериментально-розрахункова методика дозволяє протягом одного
випробування на одному зразку визначити комплекс величин, що характе-
ризують фізико-механічні властивості системи “основа–покриття”: величи-
ну модулів пружності основи і покриття, значення критичної деформації
композиту, рівень напружень у ньому та в області адгезійного контакту, а
також встановити вид руйнування системи (розтріскування чи відшаро-
вування).
Обговорення експериментальних результатів дослідження
Досліджували вплив різного вмісту основного і додаткового наповню-
вачів на властивості покриттів. Важливим було поєднання в одній системі
“Вісник” УМТ № 1 (7) 2014
144
дисперсних часток різної фізичної природи і дисперсності, що поліпшує
адгезійні і когезійні властивості матеріалів. Тому, враховуючи результати
попередніх випробувань адгезійних і фізико-механічних (руйнівне напру-
ження при згині, модуль пружності при згині, ударну в’язкість, залишкові
напруження) властивостей КМ, досліджували різні варіанти формування
покриттів [6, 7]. Як основний наповнювач використано частки ЗС, КШ і SiC
з дисперсністю 63мкм при вмісті 10–80 мас.ч. Як додатковий наповнювач
використано частки ВВ, ГС, Cr2O3 з дисперсністю 10–20 мкм при вмісті 5–
50 мас.ч.
Для визначення оптимального вмісту двокомпонентного полідисперс-
ного наповнювача використовували метод багатофакторного планування
експерименту (табл. 1). Для вибраної кількості факторів та рівнів
варіювання побудовано план експерименту, який показано у вигляді робо-
чої частини матриці (табл. 2). Відомо, що однією з найбільш важливих ха-
рактеристик КМ, яка визначає довговічність матеріалу у процесі експлуа-
тації, є адгезійна міцність покриття до основи і когезійна міцність самого
покриття [2]. Тому критерієм оптимізації вибрано адгезійну і когезійну
міцність КМ, які досліджували за описаною вище методикою.
Таблиця 1
Фактори та рівні варіювання
№п/п Фактори Позначення Рівні варіювання
1
Вид основного напов-
нювача Х1 ЗС КШ SiC
2
Вид додаткового напо-
внювача Х2 ВВ ГС Cr2O3
3
Вміст основного напо-
внювача, мас.ч. Х3 10–80
4
Вміст додаткового на-
повнювача, мас.ч. Х4 5–50
Аналіз результатів досліджень показав, що найвищу адгезійну міцність
мають покриття, сформовані за варіантами 2 і 9 (табл. 3). Доведено, що
введення часток ЗС (10 мас.ч.) і ГС (5 мас.ч.) у комплексі забезпечує фор-
мування покриттів з найвищими показниками адгезійної міцності до мета-
левої основи (серед усього спектру досліджуваних матеріалів), яка стано-
вить τmax = 76,4 МПа. Когезійна міцність такого покриття становить σп =
54,2 МПа. Це зумовлено хімічною актиністю дисперсних часток до
зв’язувача, яка визначається кількістю активних центрів на поверхні напо-
внювача. Введення часток ЗС і ГС за оптимального вмісту у пластифікова-
ний епоксидний зв’язувач забезпечує утворення у гетерогенній ситемі ма-
теріалу у стані зовнішніх поверхневих шарів (ЗПШ). Такі шари
відзначаються підвищеним ступенем зшивання, що збільшує міцність мате-
ріалів. Відповідно, поліпшена адсорбція макромолекул і надмолекулярних
структур на поверхні дисперсних часток за рахунок взаємодії активних
центрів твердої фази з ОН-, СН≡ і СН2= групами зв’язувача забезпечує пе-
рехід значної кількості полімера у стан ЗПШ. Це, у свою чергу, зумовлює
підвищення адгезійної і когезійної міцності захисних покриттів.
II. Результати наукових досліджень
145
Таблиця 2
План експерименту
№
п/п Х1 Х2 Х3 Х4
1 ЗС ВВ 20 5
2 ЗС ГС 10 5
3 ЗС Cr2O3 30 20
4 ЗС ВВ 30 20
5 ЗС Cr2O3 50 40
6 КШ ВВ 40 10
7 КШ ГС 50 10
8 КШ Cr2O3 60 20
9 КШ ВВ 50 5
10 КШ Cr2O3 50 50
11 SiC ВВ 40 10
12 SiC ГС 60 5
13 SiC Cr2O3 40 20
14 SiC ВВ 60 20
15 SiC Cr2O3 80 40
Таблиця 3
Залежність адгезійної і когезійної міцності покриттів від природи та вмісту
двокомпонентного полідисперсного наповнювача
№
п/п
Адгезійна міцність,
τmax, МПа
Когезійна міцність,
σп, МПа
Вид руйнування
покриття
1 38,4** 68,0* відшаровування
2 76,4* 54,2** розтріскування
3 46,9* 56,3** відшаровування
4 35,2** 82,1* відшаровування
5 36,1* 42,8** розтріскування
6 52,4* 48,4** відшаровування
7 64,6* 40,6** розтріскування
8 42,4** 34,2* розтріскування
9 67,2* 52,1** розтріскування
10 33,7** 72,3* відшаровування
11 35,2* 64,6** відшаровування
12 37,7** 66,01* відшаровування
13 49,9** 56,0* розтріскування
14 45,2* 67,3** відшаровування
15 44,8** 76,9* відшаровування
Значення адгезійної і когезійної міцності покриттів наведено згідно варіантів за планом
експерименту (табл. 2). * Експериментальні дані міцності покриттів: τmax = τадгез. міц. при від-
шаровуванні, σп = σкогез.міц. при розтріскуванні покриттів. ** Розрахункові значення міцності
покриттів.
Слід зазначити, що високими показниками адгезійної міцності відзначаються
також покриття, сформовані на основі пластифікованої епоксидної матриці, яка
містить частки КШ (50 мас.ч.) і ВВ (5 мас.ч.). Адгезійна міцність такого покриття
становить τmax = 67,2МПа, а когезійна міцність σп = 52,1МПа (табл. 3). Заува-
“Вісник” УМТ № 1 (7) 2014
146
жимо, що наповнювач КШ також характеризуються значною активністю до
взаємодії з макромолекулами епоксидного зв’язувача, а додаткове введення
дрібнодисперсних часток ВВ при вказаному вмісті забезпечує перехід зна-
чної кількості полімера у стан ЗПШ. Відповідно це поліпшує властивості
матеріалу.
Крім того, експериментально встановлено, що високими показниками
когезійної міцності відзначаються покриття, сформовані за варіантами 4, 10
і 15. Показано, що введення часток ЗС (30 мас.ч.) і ВВ (20 мас.ч.) забезпе-
чує формування покриттів з когезійною міцністю σп = 82,1МПа, при цьому
адгезійна міцність становить τmax = 35,2МПа (табл. 3). Введення у
зв’язувач часток КШ (50 мас.ч.) і Cr2O3 (50 мас.ч.) забезпечує формування
покриттів з когезійною міцністю σп = 72,3МПа, при цьому адгезійна міц-
ність становить τmax = 33,7МПа. Введення у зв’язувач часток SiC (80
мас.ч.) і Cr2O3 (40 мас.ч.) забезпечує формування покриттів з когезійною
міцністю σп = 76,9МПа, при цьому адгезійна міцність становить τmax =
44,8МПа. Аналізуючи результати дослідження можна констатувати, що для
формування захисних покриттів з поліпшеною когезійною міцністю, порів-
няно з адгезійними композитами, необхідно збільшувати вміст двокомпо-
нентного наповнювача з різною дисперсністю. Експериментально встанов-
лено, що критичний вміст часток наповнювача різної природи у комплексі
при формуванні покриттів з поліпшеними адгезійними властивостями зна-
ходиться у межах від 15 до 55 мас.ч. (табл. 3). Водночас при формуванні
покриттів з поліпшеними когезійними властивостями критичний вміст на-
повнювача різної природи і дисперсності у комплексі міститься у діапазоні
від 50 до 120 мас.ч. (табл. 3). Отримані результати можна пояснити різними
механізмами процесів міжфазової взаємодії при структуроутворенні КМ.
Попередньо було встановлено, що введення наповнювача приводить до фо-
рмування ЗПШ зі зміненими властивостями навколо часток у матеріалі ма-
триці, причому об’єм поверхневих шарів зростає при зменшення дисперс-
ності часток [7, 8]. Виходячи з цього формували КМ і покриття на їх
основі, вводячи у зв’язувач двокомпонентний полідисперсний наповнювач.
У процесі формування КМ навколо дрібнодисперсних (10–20мкм) і грубо-
дисперсних (63 мкм) часток формуються ЗПШ, що суттєво збільшує коге-
зійну міцність покриттів. При цьому введення часток двокомпонентного
наповнювача лише при критичному вмісті забезпечує максимальне підви-
щення показників когезійної міцності КМ. Експериментально встановлено,
що введення часток у зв’язувач при незначній кількості призводить до фо-
рмування КМ з невисокими показниками когезійної міцності (табл. 3, варі-
ант 2). Це можна пояснити тим, що у цьому випадку формуються ЗПШ не-
значного об’єму, а когезійна міцність КМ визначається в основному
когезійними властивостями самої матриці. Навпаки, введення активного
двокомпонентного наповнювача (ЗС + Cr2O3 чи КШ + Cr2O3) при значно-
му вмісті (табл. 3, варіанти 5 і 8) зумовлює формування структури ЗПШ з
дефектами, які зумовлені недостатнім змочуванням часток. Це також приз-
водить до погіршення когезійної міцності КМ і захисних покриттів на їх
основі.
Як було показано вище, для формування захисних покриттів з підви-
щеними показниками адгезійної міцності необхідно вводити двокомпонен-
тний наповнювач при незначному вмісті (15–55 мас.ч.). Це, на наш погляд,
зумовлено тим, що при структуроутворенні КМ макромолекули пластифі-
кованої епоксидної матриці взаємодіють з активними центрами як на пове-
II. Результати наукових досліджень
147
рхні часток, так і на поверхні металевої основи. Методом ІЧ-спектроскопії
встановлено, що на межі поділу фаз “матриця–металева основа” при струк-
туроутворенні покриття виникають зв’язки типу -Ме-ОН або -Ме-СН груп.
Саме ці групи є активними центрами, які забезпечують покращення проце-
су тверднення полімерної матриці, а також якісно змінюють фізико-хімічну
взаємодію на межі поділу фаз у композиті [9]. Відповідно, змінюються і
фізико-хімічні властивості полімерного зв’язувача внаслідок взаємодії з
поверхнею металевої основи і частками наповнювача.
Для підтвердження наведених вище припущень і експериментальних
результатів проводили аналіз кривих залежності напружень від відносних
деформацій, а також якісно оцінювали характер руйнування досліджуваних
зразків. При цьому зазначимо, що згідно теорії деформацій [10] характер
руйнування КМ залежить не тільки від фізико-механічних властивостей,
але й від виду напружено-деформованого стану. Експериментально вста-
новлено, що покриття з високими показниками адгезійної міцності харак-
теризуються невисокими напруженнями і значними відносноми дефор-
маціями (рис. 2). Зокрема показано, що покриття з частками ЗС (10мас.ч.) і
ГС (5 мас.ч.) мають значення критичних напружень (напруження при руй-
нуванні) = 119,8МПа при відносній деформації εп = 4,9%. Аналогічно
покриття з частками КШ (50 мас.ч.) і ВВ (5 мас.ч.) мають значення критич-
них напружень (напруження при руйнуванні) = 68,2МПа при відносній
деформації εп = 4,6%. Для таких матеріалів характерний вид руйнування
розтріскування, що свідчить про підвищені адгезійні властивості при не-
значній когезійній міцності.
Навпаки, покриття зі значною когезійною міцністю (криві 2, 4 і 5 на рис.
2) характеризуються високими показниками напружень і незначною віднос-
ною деформацією. Показано, що покриття з частками ЗС (30 мас.ч.) + ВВ (20
мас.ч.) мають значення критичних напружень = 158,4МПа при відносній
деформації εп = 2,7%, покриття з частками КШ (50 мас.ч) + Cr2O3 (50 мас.ч.)
мають значення критичних напружень = 118,6МПа при відносній дефор-
мації εп = 3,4%, а покриття з частками SiC (80 мас.ч.) + Cr2O3 (40 мас.ч.)
мають значення критичних напружень = 158,4МПа при відносній дефор-
мації εп = 2,7%. Для таких матеріалів характерний вид руйнування–
відшаровування, що свідчить про підвищені когезійні властивості при незна-
чній адгезійній міцності.
Рис. 2. Залежність на-
пружень від відно-сних
деформацій у покрит-
тях, що містять двоко-
мпонентний наповню-
вач, мас.ч. на 100 мас.ч.
пластифікованого епо-
ксидного зв’язу-вача:
1 ЗС (10) + ГС (5); 2
ЗС (30) + ВВ (20); 3
КШ (50) + ВВ (5); 4
КШ (50) + Cr2O3
(50); 5 SiC (80) +
Cr2O3 (40)
“Вісник” УМТ № 1 (7) 2014
148
Отже, можна стверджувати, що матеріали з високими показниками ад-
гезійної міцності руйнуються з розтріскуванням, що свідчить про високу
стійкість до танґенціальних напружень. Для матеріалів з відносно невисо-
кою адгезією характерний інший вид руйнування покриття–
відшаровування, що свідчить про низьку стійкість до дотичних напружень і
вищу когезійну міцність систем (табл. 3). Визначення характеру руйнуван-
ня покриттів є якісним підтвердженням достовірності результатів експери-
менту стосовно визначення адгезійно-когезійних властивостей системи
“захисне покриття–металева основа”.
Висновки
Виходячи з наведеного вище можна стверджувати, що залежно від
природи, вмісту і дисперсності наповнювача формуються композитні мате-
ріали і захисні покриття на їх основі з підвищеними показниками адгезійної
чи когезійної міцності. При цьому для підвищення експлуатаційних харак-
теристик технологічного устаткування доцільно на поверхню деталей ма-
шин і механізмів наносити двошарові захисні покриття, у яких перший шар
(адгезійний) відзначається поліпшеними адгезійними властивостями, а дру-
гий (поверхневий) характеризуються підвищеними показниками когезійної
міцності.
Встановлено, що найліпшою адгезійною міцністю відзначаються пок-
риття на основі пластифікованої епоксидної матриці, яка містить частки
зольних мікросфер (10 мас.ч.) і газової сажі (5 мас.ч.). Такий композит мо-
жна рекомендувати для формування адгезійного шару у двошарових захис-
них покриттях. Найкращими когезійними властивостями відзначаються по-
криття на основі пластифікованої епоксидної матриці, яка містить частки
зольних мікросфер (30 мас.ч.) і вспученого вермикуліту (20 мас.ч.) або ко-
ричневого шламу (50 мас.ч.) і оксиду хрому (50 мас.ч.) або карбіду кремнію
(80 мас.ч.) і оксиду хрому (50 мас.ч.). Такі композити можна використову-
вати для формування поверхневого шару у двошарових захисних покриттях
залежно від їх функціонального призначення.
Исследовано влияние концентрации и природы дисперсных наполнителей на физико-
механические свойства эпоксидных композитов. Показано, что для повышения когезионной
прочности материалов в пластифицированное связующее необходимо вводить частицы
зольных микросфер и карбида кремния с дисперсностью 63мкм. Дополнительно показано,
что для повышения когезионных свойств композитов необходимо вводить в связующее 5–
15 мас.ч. вспученого вермикулита (10–20 мкм).
Ключевые слова: эпоксидная матрица, наполнитель, композит, свойства, прочность.
The influence of content and nature of dispersed fillers on physical and mechanical
properties of epoxy composites is investigated. It is shown that to increase the cohesion strength of
materials it is necessary to enter the ash microspheres parts and silicon carbide with disperse of
63mcm in plasticized oligomer. More shows that to improve the cohesion properties of composites
it is necessary to enter 5–15 m.p. of vermiculite (10–20 mcm) in oligomer.
Keywords: epoxy matrix filler composite properties, strength.
II. Результати наукових досліджень
149
1. Колмогоров В. Л. Напряжение, деформация, разрушение / В. Л. Колмогоров. – М.:
Металлургия, 1970. – 312 с.
2. Долгов Н. А. Влияние коеффициента Пуассона на предельное напряженное состояние
покрытия / Н. А. Долгов, Б. А. Ляшенко // Проблемы прочности. – 2002. – № 1. – С.
71–77.
3. Методика определения механических характеристик композиции металл – защитное
покрытие / Б. А. Ляшенко, С. Ю. Шаривкер, О. В. Цыгулев и др. // Проблемы прочно-
сти, 1989. – № 8. – С. 113–115.
4. Уманский Э. С. Условия адгезионной и когезионной равнопрочности жаростойких
покрытий / Э. С. Уманский, Б. А. Ляшенко // Космические исследования на Украине.
– 1975. – Вып. 6. – С. 58–64.
5. Веремчук В. С. Напряженно-деформируемое состояние моментов конструкций с по-
крытием при наличии пластических деформаций / В. С. Веремчук // Проблемы проч-
ности. – 1986. – № 12. – С. 47–52.
6. Стухляк П. Д. Епоксикомпозитні матеріали, модифіковані ультрафіолетовим опромі-
ненням / П. Д. Стухляк, А. В. Букетов. – Тернопіль: Збруч. – 2009. – 237 с.
7. Букетов А. В. Вплив активності наповнювача на властивості епоксидних матеріалів /
А. В. Букетов, П. Д. Стухляк, В. І. Бадищук // Вісник ТДТУ. – Тернопіль. – 2003. – Т.
8, № 4. – С. 12–20.
8. Букетов А. В. Фізико-хімічні процеси при формуванні епоксикомпозитних матеріалів
/ А. В. Букетов, П. Д. Стухляк, Є. М. Кальба. – Тернопіль: Збруч, 2005. – 182 с.
9. Привалко В. П. Молекулярное строение и свойства полимеров. – Л.: Химия, 1986. –
314 с.
10. Сопротивление материалов / Под ред. Г. С. Писаренко. – К.: Вища школа, 1986. – 775 с.
|