Метод определения спектральных функций релаксации полимеров при однократном растяжении микрообразцов

Принципы проектирования изделий из новейших сложноструктурированных полимерных композиционных материалов обуславливают необходимость учета масштабно-структурных эффектов, определяемых процессами на надмолекулярном и молекулярном уровнях полимера: релаксационными, кинетическими (разрыв и рекомбинация химических связей), рекристаллизации надмолекулярных структур и др. Развитие этих процессов описывается функциями релаксации, которые, в свою очередь, могут быть рассчитаны с помощью функций спектров времен релаксации. Цель работы состояла в разработке специализированной оснастки для испытаний микрообразцов с варьируемой рабочей частью на одноосное растяжение, экспериментальной методики и расчетного алгоритма обработки получаемых данных измерений, а также экспериментальной апробации созданного подхода к определению спектральных функций релаксации. Предложен метод оценки функций релаксации не на фиксированных уровнях напряжения в пределах линейной упругости, секущих точках диаграмм деформирования, при фиксированных значениях модуля линейной упругости, а в расширенном диапазоне деформирования образцов, вплоть до предразрывных состояний. Создан комплект испытательной оснастки, предназначенной для испытаний микрообразцов с толщиной рабочей части 0,2 – 1,2 мм на растяжение. Оснастка может устанавливаться на современные высокоточные разрывные машины. Проведены тестовые испытания микрообразцов из полиэтилентерефталата толщиной 50 и 175 мкм на растяжение с учетом масштабного фактора. Описан вариант испытаний на растяжение микрообразцов, технологически стабилизируемых бумажными рамками специальной формы. На основе данных испытаний микрообразцов с постоянной скоростью деформации построены диаграммы, отображающие кинетику изменения спектральных функций релаксации ориентированного полиэтилентерефталата. Описан метод применения этих диаграмм для расчетов эмпирических спектров времен релаксации. Представлены результаты испытаний микрообразцов полиэтилентерефталата. Приведены диаграммы деформирования исследованных полимерных образцов и рассчитанные по описанной методике расчётные диаграммы функций спектров времен релаксации.

1. Valdevit L., Godfrey W. S., Shaedler T. A., Jacobsen A. J., Carter W. B. Compressive strength of hollow microlattices: Experimental characterisation, moddeling and optimization design / Journal of Materials Research. 2013. Vol. 28. N 17. P. 2461 – 1473. DOI: 10.1557/jmr.2013.160

2. Гибсон Я., Розен Д., Стакер Б. Технологии аддитивного производства. — М.: Техносфера, 2022. — 648 с.

3. Эртесян А. Р. Сравнительная характеристика физико-механических свойств базисных пластмасс (лабораторное исследование). Часть 2 / Международный научно-исследовательский журнал. 2021. Т. 104. № 2. С. 64 – 67. DOI: 10.23670/irj.2021.103.2.074

4. Горшков А. Г., Старовойтов Э. И., Яровая А. В. Механика слоистых вязкоупругопластических элементов конструкций. — М.: Физматлит, 2005. — 576 с.

5. Яковлев Н. О. Релаксационное поведение органического стекла на основе полиметилметакрилата / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 5. С. 57 – 60.

6. Иржак В. И. Топологическая структура и релаксационныые свойства полимеров / Успехи химии. 2005. Т. 74. № 10. С. 1025 – 1042. DOI: 10.1070/RC2005v074n10ABEH001168

7. Иванов Е. А., Иконникова А. А., Клешнина И. А. и др. Применение констуркций сотовых панелей в космических аппаратах / Инженерный журнал: наука и инновации. 2022. Т. 125. № 5. DOI: 10.18698/2308-6033-2022-5-2177

8. Uflyand I. E., Irzhak T. F., Irzhak V. I. Formation of fiber composites with an epoxy matrix: state-of-the-art and future development / Materials and Manufacturing Processes. 2022. Vol. 7. N 37. P. 723 – 747. DOI: 10.1080/10426914.2021.2016820

9. Карташев Э. М., Цой Б., Шевелев В. В. Структурно-статистическая кинетика разрушения полимеров. — М.: Химия, 2002. — 736 с.

10. Канаева Н. С., Низин Д. Р., Низина Т. А. Релаксационные свойства полимерных материалов на основе эпоксидных связующих / Эксперт: теория и практика. 2022. Т. 18. № 3. С. 42 – 46. DOI: 10.51608/26867818_2022_3_42

11. Рымкевич П. П., Рымкевич О. В. Модуль упругости как функция процесса в наследственной механике / Известия АлтГУ. 2023. Т. 129. № 1. С. 49 – 54.

12. Орешко Е. И., Ерасов В. С., Гриневич Д. В., Шершак П. В. Обзор критериев прочности материалов / Труды ВИАМ. 2019. Т. 81. № 9. С. 108 – 124. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-108-126

13. Кокошвили С. М., Талуж В. П., Янсон Ю. О. Вычисление релаксационных спектров по результатам динамических испытаний / Механика полимеров. Краткие сообщения. 1971. № 2. С. 349 – 353.

14. Куркин А. С., Кисилев А. С., Крашенников С. В., Богданов А. А. Моделирование диаграммы деформирования вязкоупругого материала на основе структурной модели / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 5. С. 60 – 69. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-6-60-69

15. Кокошвили С. М. Методы динамических испытаний жёстких полимерных материалов. Справочное пособие. — Рига: Знание, 1978. — 182 с.

16. Петров В. А., Башкарев В. И., Веттегрень В. И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. — СПб.: Политехника, 1993. — 475 с.

17. Рубан Д. В., Рыбин А. А., Червяков А. А., Турков В. Е., Ульянов С. А. Особенности механического поведения компонентов многослойных панелей с 3D-ячеистыми заполнителями / Механика композиционных материалов и конструкций. 2017. Т. 23. № 4. С. 550 – 566.

18. Терехин А. В. Разработка методов и совершенствование технических средств оценки работоспособности эластомерных клеевых соединений конструкций летательных аппаратов: Дисс. ... канд. техн. наук. — М., 2016.

19. Цой Б., Карташев Э. М., Шевелев В. В. Прочность и разрушение полимерных пленок и волокон. — М.: Химия, 1999. — 496 с.

20. Иржак В. И. Релаксационные свойства полимеров и модель физической сетки / Успехи химии. 2000. Т. 69. № 3. С. 284 – 298.