Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях

Исследовано влияние внешнего силового поля P в диапазоне 0−300 MPa на величину скорости распространения ультразвуковых колебаний v (ω = 2.5 MHz) в поливинилбутирале (ПВБ) и поливинилхлориде (ПВХ), сформированных в T–P-режиме. Установлено, что величина v нелинейно зависит от содержания φ высокодиспер...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2005
1. Verfasser:	Колупаев, Б.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2005
Schriftenreihe:	Физика и техника высоких давлений
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70176
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях / Б.Б. Колупаев // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 85-95. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70176
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-701762014-10-31T03:01:38Z Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях Колупаев, Б.Б. Исследовано влияние внешнего силового поля P в диапазоне 0−300 MPa на величину скорости распространения ультразвуковых колебаний v (ω = 2.5 MHz) в поливинилбутирале (ПВБ) и поливинилхлориде (ПВХ), сформированных в T–P-режиме. Установлено, что величина v нелинейно зависит от содержания φ высокодисперсных порошков W, Mo, Cu, Fe в полимере и технологического давления. С помощью принципа Гамильтона и предположения, что структура линейного гибкоцепного полимера изменяется под действием определенного металлического наполнителя, его содержания в системе и величины Р, проведен анализ полученных результатов. С учетом структуры, образованной частицами наполнителя, указаны пути направленного регулирования величины v в ПВХ- и ПВБ-системах. Influence of external field of forces Р in the range 0−300 MPa on propagation velocity of ultrasonic fluctuations v (ω = 2.5 MHz) in poly (vinyl butyral) (PVB) and polyvinylchloride (PVC) generated in a T–P mode is investigated. It is established that v value nonlinearly depends on content φ of high-dispersive W, Mo, Cu, Fe powders in polymer and on technological pressure. With the help of Hamilton principle and the assumption that the structure of linear flexible polymer changes under the action of a specific metal filler, its content in the system and Р value, the analysis of the obtained results has been carried out. In view of the structure formed by filler particles, ways of the directed regulation of v value in PVC and PVB systems are specified. 2005 Article Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях / Б.Б. Колупаев // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 85-95. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 61.72.Qg, 82.35.Lr http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70176 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследовано влияние внешнего силового поля P в диапазоне 0−300 MPa на величину скорости распространения ультразвуковых колебаний v (ω = 2.5 MHz) в поливинилбутирале (ПВБ) и поливинилхлориде (ПВХ), сформированных в T–P-режиме. Установлено, что величина v нелинейно зависит от содержания φ высокодисперсных порошков W, Mo, Cu, Fe в полимере и технологического давления. С помощью принципа Гамильтона и предположения, что структура линейного гибкоцепного полимера изменяется под действием определенного металлического наполнителя, его содержания в системе и величины Р, проведен анализ полученных результатов. С учетом структуры, образованной частицами наполнителя, указаны пути направленного регулирования величины v в ПВХ- и ПВБ-системах.
format	Article
author	Колупаев, Б.Б.
spellingShingle	Колупаев, Б.Б. Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях Физика и техника высоких давлений
author_facet	Колупаев, Б.Б.
author_sort	Колупаев, Б.Б.
title	Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях
title_short	Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях
title_full	Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях
title_fullStr	Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях
title_full_unstemmed	Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях
title_sort	влияние давления в т−р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2005
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70176
citation_txt	Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях / Б.Б. Колупаев // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 85-95. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT kolupaevbb vliâniedavleniâvtrrežimenaskorostʹrasprostraneniâulʹtrazvukovyhkolebanijvmetallonapolnennyhpolimernyhkompoziciâh
first_indexed	2025-07-05T19:27:47Z
last_indexed	2025-07-05T19:27:47Z
_version_	1836836368650600448
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 85 PACS: 61.72.Qg, 82.35.Lr Б.Б. Колупаев ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ В Т–P-РЕЖИМЕ НА СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ В МЕТАЛЛОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко просп. Академика Глушкова, 2, г. Киев, 03127, Украина Статья поступила в редакцию 23 марта 2005 года Исследовано влияние внешнего силового поля P в диапазоне 0−300 MPa на величину скорости распространения ультразвуковых колебаний v (ω = 2.5 MHz) в поливи- нилбутирале (ПВБ) и поливинилхлориде (ПВХ), сформированных в T–P-режиме. Установлено, что величина v нелинейно зависит от содержания ϕ высокодисперс- ных порошков W, Mo, Cu, Fe в полимере и технологического давления. С помощью принципа Гамильтона и предположения, что структура линейного гибкоцепного полимера изменяется под действием определенного металлического наполнителя, его содержания в системе и величины Р, проведен анализ полученных результатов. С учетом структуры, образованной частицами наполнителя, указаны пути на- правленного регулирования величины v в ПВХ- и ПВБ-системах. Введение Для гетерогенных полимерных систем (ГПС) крайне недостаточно изучено влияние внешнего силового поля на вязкоупругие свойства ме- таллонаполненных аморфных полимеров. Это относительно новый класс в ряду как наполненных полимеров, так и металлополимерных систем [1], исследование комплекса свойств которых представляет не только науч- ный, но и прикладной интерес. Для них особенно перспективными явля- ются акустические методы, позволяющие исследовать силовое поле мак- ромолекул в зависимости от давления в T–P-режиме. При этом важно ус- тановить роль полимерной матрицы и структурообразований частиц вы- сокодисперсного металла (при содержании наполнителя в системе φ меньше и больше критического ϕcr) в формировании свойств композита. В решении данного вопроса использованы принцип Гамильтона и пред- положение о том, что свойства ГПС изменяются в зависимости от типа и содержания ингредиентов системы при воздействии на нее внешним тех- нологическим давлением. Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 86 Модель Схематически структуру наполненного полимера представим состоящей из частиц высокодисперсного металлического наполнителя, граничного слоя (ГС) и полимера с неизменными свойствами [1]. Будем рассматривать ГПС в двух случаях: при ϕ < ϕcr и ϕ ≥ ϕcr. При ϕ < ϕcr ГПС будем моделировать в виде одномерной решетки с различ- ными значениями расстояния между частицами наполнителя. В [2] установле- но, что на поверхности высокодисперсных металлических наполнителей суще- ствуют 1−2% координационно-ненасыщенных атомов металла, являющихся активными центрами взаимодействия с макромолекулой. Кроме того, возможна реализация дисперсионных сил, величина которых составляет 45−90% от ион- дипольного взаимодействия. Авторы [1] указывают также на наличие химиче- ского взаимодействия. Теоретическая прочность рассмотренных связей с уче- том принципа суперпозиции для систем ПВБ с W, Mo, Cu, Fe соответственно равна 495; 930; 1405 и 1570 MPa при удельной плотности ионов на поликри- сталлической поверхности порошков соответственно (5.1747; 9.920; 15.010; 16.620)·1018 m−2. Таким образом, указанные высокодисперсные порошки по способности взаимодействия с ПВХ и ПВБ располагаются в определенной по- следовательности (W, Mo, Cu, Fe) [3]. При этом, следуя [1], будем считать, что макромолекула становится адсорбированной, если адсорбируется хотя бы один ее сегмент. При изучении вязкоупругих свойств систем будем учитывать нали- чие прочных связей полимер−наполнитель и структурного эффекта наполните- ля при ϕ ≥ ϕcr. Предварительно сделаем следующие допущения: 1) все цепи сетки деформируются аналогично; 2) деформация цепей под действием ультразвуковых колебаний не слиш- ком велика. Тогда, если приложено внешнее переменное механическое напряжение, то, наряду с упругой деформацией, движению сегментов макромолекулы препятствуют некоторый демпфирующий механизм и закрепление их актив- ными центрами поверхности наполнителя. Для определения скорости волны напряжения, распространяющейся в ГПС, используя закон Ньютона [4], уравнение движения макромолекулы представим в виде 2 2 2 2 0, x t ∂ σ ∂ ε −ρ = ∂ ∂ (1) где σ − сдвиговое напряжение; ρ − плотность; ε − деформация, ε = εel + εm, (2) где εel − упругая деформация, εel = σ/G (G − модуль сдвига); εm − деформа- ция, обусловленная движением сегмента макромолекулы под действием приложенного напряжения. Соответственно среднее смещение сегмента макромолекулы ξ под дей- ствием приложенного переменного напряжения в кубе единичных размеров Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 87 ( lbξ , где b – ширина куба, соответствующая изменению длины макромоле- кулы) определим как ( ) 0 1 d , l y y l ξ = ξ∫ (3) где y – пространственная координата сегмента макромолекулы. Следовательно, если L – общая длина способных двигаться частей макромолекулы, тогда 0 ( )d l m Lb y y l ε = ξ∫ . (4) Математическую форму управления движением закрепленной макромоле- кулы представим в виде гамильтоновой модели с диссипацией [4]: 2 2 2 2 ,m B C aG tt y ∂ ξ ∂ξ ∂ ξ + − = ∂∂ ∂ (5) где m – эффективная масса сегмента на единицу длины; ξ = ξ(x,y,t), гранич- ные условия имеют вид: ξ(x,0,t) = ξ(x,l,t) = 0; B t ∂ξ ∂ – демпфирующая сила, действующая на единицу длины; 2 2C y ∂ ξ ∂ – сила, действующая на единицу длины, обусловленная натяжением изогнутой макромолекулы; aG – сила, действующая на единицу длины сегмента за счет внешнего сдвигового ди- намического напряжения. С учетом соотношений (2)–(4) уравнения (1) и (5) можно свести к сле- дующей системе интегродифференциальных уравнений: 2 2 2 2 2 2 0 2 2 2 2 d , lLb y G lx t t m B C a tt y ∂ σ ρ ∂ σ ρ ∂ − = ξ ∂ ∂ ∂   ∂ ξ ∂ξ ∂ ξ + − = σ ∂∂ ∂ ∫ (6) с граничным условием для ξ. Если сегменты размещены по нормали к на- правлению распространения ультразвуковой волны, то очевидное решение [ ]0 exp exp xx i t v   σ = σ −α ω −     (7) приводит к выражению ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1/ 22 20 2 2 exp2 14 1 sin 2 1n n i tn yb m n l d ∞ = ω −δ + πσ  ξ = π +  ω −ω + ω   ∑ , (8) Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 88 где d = B/m; ( ) 1/ 2 2 1n Cn m  ω = +     ; 2 2tg n dω δ = ω −ω . В [4] установлено, что даже когда возбуждающая частота равна одной из нечетных гармоник, вкладом членов более высокого порядка можно пренеб- речь. Поэтому, используя только первый член ряда, имеем ( ) ( ) ( ) 2 22 0 2 2 22 2 0 81 2n G LGbv m d  ω −ω = − ρ π ω −ω + ω   . (9) Из законов Гука, Пуассона и термического расширения для изотропного тела следует линейная зависимость между тензорами деформации ε и на- пряжений, которая имеет вид [4]: ( )1 ,x x y z y T E  ξ = σ −ν σ +σ +α∆  (10) где Ey – модуль упругости; α – коэффициент термического расширения; ∆Τ – изменение температуры в процессе деформации. Учитывая, что рассматриваемая ГПС подвергается в Т–P-режиме равно- мерному всестороннему сжатию при постоянной температуре, ε = εх = εу = εz; σх = σу = σz = P; (V − V0)/V0 = 3ε и в соответствии с (10) ( )0 0 3 3 1 2V V P V E − = ε = − ν , (11) соотношение (9) для случая продольной деформации имеет вид ( ) ( ) ( ) ( ) 2 21/ 2 2 0 2 2 22 2 0 8 1 2 1 2п Lb E PEv m d  ω −ω− − ν     = −  ρ π   ω −ω + ω  , (12) поскольку 22 2 2 2 2 0m Ex t t ∂ ε∂ σ ρ ∂ σ − −ρ = ∂ ∂ ∂ и в области рассмотренных нами технологических давлений P(1 − 2ν) < E. Тогда ( ) ( ) 1/ 2 2 22 0 2 2 22 2 0 81 2п E Lbv m d     ω −ω = −   ρ π  ω −ω + ω   . (13) Следовательно, вклад в величину скорости распространения ультразвуко- вой деформации в ГПС вносит компонента, обусловленная смещением сег- Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 89 ментов макромолекулы (закрепленной активными центрами поверхности высокодисперсного наполнителя), совершающих колебательное движение под действием приложенного напряжения. Согласно [5] величину силы, действующей на единицу длины, обуслов- ленную натяжением изогнутой макромолекулы, определим как 2 2 2 3kTC y na ∂ ξ = ξ ∂ , где n и a – соответственно количество и длина сегмента макромолекулы, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура. Тогда 1/ 2 0 2 3kT mna  ω =     . (14) По мере увеличения содержания высокодисперсного наполнителя в сис- теме все большее количество полимерной матрицы переходит в состояние ГС. При ϕ ≥ ϕcr трехкомпонентная ГПС вырождается в двухкомпонентную типа наполнитель–ГС, и уже можно говорить о некотором пространствен- ном упорядочении системы [3]. Рассмотрим влияние структурного эффекта, обусловленного высокодис- персным наполнителем, на скорость распространения колебаний в системе. Исследуем продольные колебания частиц системы, которые занимают опре- деленные места (1, 2, …, k, …, n) на прямой в направлении действующей си- лы. Если в какой-то момент времени отклонение k-ой частицы от положения равновесия обозначить yk, тогда координата ее центра xk будет k kx kd y= + (15) (где d = 2r) при расстоянии между двумя любыми частицами ,k k l k l k k l kx x x ld y y+ + += − = + − . (16) Потенциальную энергию взаимодействия между ними представим как [6]: ( )2 2p k l k l W y y+ λ = −∑ . (17) Учитывая взаимодействие только между ближними частицами, согласно (17) находим [ ] [ ]{ }2 2 1 12p k k k kW y y y y+ − λ = − + − , (18) где λ – коэффициент упругости контакта двух частиц. Кинетическую энер- гию k-ой частицы представим в виде 2 2k k mW y′= , Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 90 а функцию рассеяния энергии как 2 kR y′= β , где m – масса частицы, β – коэффициент сопротивления [7]. Воспользовавшись лагранжевыми уравнениями [5], колебания k-ой час- тицы наполнителя запишем в виде d d pk k k k WW R t y y y ∂∂ ∂ = − − ′ ′∂ ∂ ∂ . (19) Подставляя в (19) соответствующие значения, получим ( ) 2 1 12 d d2 2 0 dd k k k k k y ym y y y tt − ++ β + λ − + − = . (20) Конечную разность в уравнении (20) с достаточной степенью точности можно заменить ( ) 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 d 4 d4 k k k k k k ky y y y y y y r xr l − + − +− + − + ≅ = + ∆ . Тогда (20) преобразуется к виду 2 2 2 2 2 d d2 4 0 dd y y ym r tt x ∂ + β − λ = ∂ . (21) Решение этого уравнения ищем в виде затухающей волны: ( ) ( )0 exp expy y x j t x= −δ ω +α . Величина δ характеризует затухание упругих колебаний, α является фазовой постоянной. При этом скорость распространения колебаний будет ( ) 1/ 2 0 1/ 22 2 2 2 1 1 nv v m     =    + +β ω  , (22) где 1/ 2 0 2v r m λ =     . Поскольку такая структура наполнителя представляет собой систему час- тиц, взаимодействующих друг с другом за счет наличия сил упругости, ГПС можно рассматривать как фильтр механических колебаний [6]. Подобная структура способна пропускать колебания с частотой ниже критической ωcr, поскольку колебания высших частот сильно затухают. Согласно предложен- ной модели в предположении, что затухание отдельной частицы высокодис- персного наполнителя достаточно мало, имеем Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 91 1/ 2 cr 2 m λ ω =     , где [8]: ( ) 1/ 3 2 22 43 2 9 1 cE r P    λ =   − ν   . Тогда, поскольку ( ) 1/21/3 2 0 cr 22 43 1 2 9 1 c c v E r r      ω = =   πρ −ν     , (23) находим ( ) 1/ 21/3 2 0 22 1 43 2 9 1 c c E Pv      =   πρ − ν     , (24) где ρс, Ес, ν – соответственно плотность, модуль Юнга и коэффициент Пуас- сона структурообразований частиц наполнителя. Если принять, что под действием технологического давления в T–P- режиме при ϕ ≥ ϕcr происходит упругое сжатие ГС, свойства которого за- висят от физико-химической природы твердых поверхностей наполнителя [1], тогда ( )( ) 1 1 1 2 fE E− ν′ = + ν − ν , (25) где Е′, Еf – модуль сжатия соответственно ГС и наполнителя. Согласно принципу аддитивности результирующую величину скорости распростране- ния ультразвуковых колебаний в ГПС определим как ( )1p fv v v= β + −β , (26) где β – объемное содержание полимера в ГПС. С учетом кубической упа- ковки частиц высокодисперсного наполнителя в полимерной матрице при ϕ ≥ ϕcr на основе теории Герца [6]: ( )1 f c f E E E E E ′ = ′χ + − χ , ( )1c f ′ρ = − χ ρ + χρ , Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 92 где χ, ρ′ – соответственно объемное содержание и плотность ГС в сис- теме. Материалы и методы исследования В качестве объекта исследования выбраны линейные гибкоцепные поли- меры ПВХ и ПВБ. ПВХ суспензионной полимеризации марки С-65 линей- ного строения очищали переосаждением, в качестве растворителя использо- вали циклогексанон [1]. Молекулярная масса переосажденного ПВХ состав- ляла 1.4·105. ПВБ − аморфный полимер марки ПШ, ГОСТ 9439−73. В каче- стве наполнителей использовали высокодисперсные порошки W, Mo, Cu, Fe с преимущественным размером 8·10−6 m. Первоначально наполнители, обезжиренные CCl4 и высушенные в вакууме при Т = 393 K, вводили в ис- следуемый полимер путем их механического смешивания. Образцы для ис- следований готовили методом горячего прессования в T–P-режиме при тем- пературе 393−403 K и давлении 1−300 MPa. Образцы ПВБ и его композиции прессовали аналогично, но при Т = 393 K. Качество образцов контролировали с помощью ультразвукового дефекто- скопа. Плотность ρ композиций определяли согласно методике [1], а вязкоупру- гие свойства − скорость распространения продольной (vl) и поперечной (vt) волн, а также соответствующие им коэффициенты поглощения (αl, αt) − ис- следовали на частоте 2.5 MHz импульсным методом с проходящим сигна- лом совместно с методом вращающейся пластины [3]. Результаты и их обсуждение На рис. 1 представлены экспериментальные результаты зависимости ρ = = f (ρ)ϕ, из которых следует, что наиболее существенные изменения величи- ны ρ ПВХ- и ПВБ-систем наблюдаются в области давлений 60−200 MPa. За- висимость плотности от давления в области 300 > P > 10 MPa интерполиро- вали по формуле Симпсона−Лагранжа [8] к виду ρ = ρ1 + Aρ3 + Bρ2 + Cρ, где ρ1 – значение плотности ГПС при P = 10 MPa (таблица). Рис. 1. Зависимость плотности ρ ПВБ- и ПВХ-систем при Т = 313 K от величины давления P в T–P-режиме: 1 – ПВБ; 2 – ПВБ + 5% W; 3 – ПВХ + 3% Cu; 4 – ПВБ + + 30% W; 5 – ПВХ + 30% Cu (mass%) Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 93 Таблица Зависимость величины плотности ПВХ- и ПВБ-систем от давления в T–P-режиме Тип композиции ρ1, 103 kg/m3 А⋅108 В С ПВБ 1.0802 2.5 −4.7·10−7 2.1·10−4 ПВБ + 5% W 1.0871 2.7 −1.1·10−6 2.5·10−4 ПВБ + 30% W 1.4134 5.7 −1.2·10−5 2.0·10−3 ПВХ + 5% Fe 1.3706 2.7 −6.1·10−7 7.7·10−4 ПВХ + 20% Fe 1.4286 1.4 −6.4·10−6 5.2·10−3 ПВХ + 10% Cu 1.5714 2.1 −5.3·10−6 6.1·10−4 Анализ экспериментальных результатов исследования акустических свойств систем (рис. 2) показывает, что графическую зависимость v = f (P)ϕ можно разделить на участок нелинейного изменения скорости ультразвука в диапазоне 10−120 MPa давления прессования и участок медленного, почти линейного, изменения величины скорости при повышении давления (выше 120−200 MPa). При этом увеличение скорости распространения продольной и сдвиговой деформаций во всем исследованном интервале давлений со- ставляет от 20 до 60%. Оценим согласно соотношению (13) характер структурных изменений полимерной матрицы под действием давления прессования в T–P-режиме. Расчеты собственных частот сегментов макромолекул ПВХ при Т = 303 K, выполненные на основании (14), показали, что их величина лежит в диа- пазоне 9·1013−5·105 Hz для значений n = 1−2·103. В то же время, в ПВХ- системах при 0 ≤ ϕ ≤ ϕcr величина резонансной частоты сегментов макро- молекул ПВХ-систем очень быстро убывает (на три десятичных порядка), а затем процесс убывания замедляется, достигая значения 105 Hz при 10−18 ≤ В ≤ 10−12 N·s·m−2. Это открывает перспективы за счет структур- ных изменений полимерной матрицы (L, ω0, m), принимающих участие в колебательном движении под действием внешнего динамического меха- нического воздействия, варьируя величиной ω, направлено изменять зна- чение v в системе. Рис. 2. Зависимость скорости vl и vt распространения ультразвуковых колебаний (ω = 2.5 MHz) в ПВХ- и ПВБ-системах от величины давле- ния P в T–P-режиме: 1 – ПВХ + + 20% Cu; 2 – ПВХ + 10% W; 3 – ПВБ + 30% Fe; 4 – ПВБ + 5% Mo; 5 – ПВБ + 15% Cu (mass%) Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 94 В случае ϕ ≥ ϕcr необходимо учитывать кооператизированное движение элементов структуры ГПС. С учетом соотношения (26) и данных экспери- мента на рис. 3 представлены результаты относительного изменения скорости распространения ультразвуковых колебаний в ПВХ-системах, из которых следует, что по мере увеличения содержания высокодисперсного металла и давления роль дисперсной фазы в формировании свойств ГПС возрастает. Согласно соотношению (23) определим граничную частоту механических колебаний для систем ПВХ + W. Оказалось, что в области рассмотренных давлений и содержаний высокодисперсного наполнителя она лежит в диапа- зоне 7·107−3·108 Hz. В то же время анализ динамики ГПС, выполненный с помощью вариационных принципов [6], показал, что, если частицы напол- нителя несжимаемы, они характеризуются собственной частотой [9]: ( ) ( ) 1 22 2 1 2 631 3 8 46 23 7r µ + µ ω = ρ + ρ , где µ1, µ2 – коэффициенты Ламе соответственно наполнителя и полимера. Проведенные расчеты показали, что величина ω для ПВХ + 5% W составляет порядка 2·108 Hz. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с данными по ωcr (23). С учетом (согласно (14) и (23)) определенного релакса- ционного спектра ПВХ-систем и собственного колебательного движения частиц наполнителя возможны не только синхронизация механических коле- баний их структурных элементов внешним динамическим силовым полем, но и разработка соответствующих фильтров, генераторов и/или трансформаторов. Выводы На основании результатов экспериментальных исследований и теорети- ческих расчетов зависимости величины скорости распространения ультра- звуковых колебаний в металлонаполненном ПВБ и ПВХ при изменении тех- нологического давления в T–P-режиме и содержания наполнителя при 0 ≤ ϕ ≤ ≤ ϕcr и ϕ ≥ ϕcr установлена роль структурообразований полимерной матрицы и частиц высокодисперсного металла в формировании свойств композита. Указан путь получения и использования ГПС в качестве фильтров и/или ге- Рис. 3. Относительное изменение величины скорости ультразвуко- вых колебаний в зависимости от давления P в T–P-режиме: 1 – ПВХ + + 60% W; 2 – ПВХ + 40% W; 3 – ПВХ + 10% W; 4 – ПВХ + 5% W (vol.%) Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4 95 нераторов, а также трансформаторов механических колебаний в области частот, недостижимых для низкомолекулярных кристаллов. 1. Ю.С. Липатов, Физико-химические основы наполнения полимеров, Химия, Москва (1991). 2. А.А. Берлин, В.Е. Басин, Основы адгезии полимеров, Химия, Москва (1969). 3. С.Я. Френкель, И.М. Цигельный, Б.С. Колупаев, Молекулярная кибернетика, Свит, Львов (1990). 4. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Механика, Физматгиз, Москва (1978). 5. И.А. Ерухимович, А.Р. Хохлов, Высокомолек. соед. A35, 1808 (1993). 6. Э. Лэмб, Динамическая теория звука, Физматгиз, Москва (1960). 7. Дж. Ферри, Вязкоупругие свойства полимеров, Изд-во иностр. лит., Москва (1963). 8. Г.С. Писаренко, В.А. Агарев, А.Л. Квитка, В.Г. Попков, Э.С. Уманский, Сопро- тивление материалов, Вища школа, Киев (1986). 9. А.Д. Пирс, Акуст. журн. 51, № 1, 9 (2005). B.B. Kolupaev INFLUENCE OF PRESSURE IN T–P MODE ON VELOCITY OF PROPAGATION OF ULTRASONIC FLUCTUATIONS IN METAL-FILLED POLYMERIC COMPOSITIONS Influence of external field of forces Р in the range 0−300 MPa on propagation velocity of ultrasonic fluctuations v (ω = 2.5 MHz) in poly (vinyl butyral) (PVB) and polyvinylchlo- ride (PVC) generated in a T–P mode is investigated. It is established that v value nonline- arly depends on content ϕ of high-dispersive W, Mo, Cu, Fe powders in polymer and on technological pressure. With the help of Hamilton principle and the assumption that the structure of linear flexible polymer changes under the action of a specific metal filler, its content in the system and Р value, the analysis of the obtained results has been carried out. In view of the structure formed by filler particles, ways of the directed regulation of v value in PVC and PVB systems are specified. Fig. 1. Dependence of density ρ of PVB- and PVC-systems at Т = 313 K on pressure value р in T–P mode: 1 − PVB; 2 − PVB + 5% W; 3 − PVC + 3% Cu; 4 − PVB + 30% W; 5 − PVC + 30% Cu (mass%) Fig. 2. Dependence of velocity vl and vt of ultrasonic oscillation propagation (ω = 2.5 MHz) in PVC- and PVB-systems on pressure value P in T–P mode: 1 − PVC + 20% Cu; 2 − PVC + 10% W; 3 − PVB + 30% Fe; 4 − PVB + 5% Mo; 5 − PVB + 15% Cu (mass%) Fig. 3. Relative change in value of speed of ultrasonic oscillations depending on pressure P in T–P mode: 1 − PVC + 60% W; 2 − PVC + 40% W; 3 − PVC + 10% W; 4 − PVC + + 5% W (vol.%)

Влияние давления в Т−Р-режиме на скорость распространения ультразвуковых колебаний в металлонаполненных полимерных композициях

Institution

Ähnliche Einträge