Исследование влияния технологических параметров процесса каширования на физико-механические свойства (стр. 11 из 12)
Рис. 4.6. Зависимость прочности при разрыве многослойного материала от скорости процесса каширования. Поперечное направление
Рис. 4.7. Зависимость относительного удлинения при разрыве многослойного материала от скорости процесса каширования. Долевое направление
Рис. 4.8. Зависимость относительного удлинения при разрыве многослойного материала от скорости процесса каширования. Поперечное направление
С увеличением скорости процесса каширования наблюдается минимальное отклонение прочности на разрыв и относительного удлинения исследуемых плёнок, практически линейная зависимость. Прочность при разрыве в долевом направлении остаётся примерно равной 53 МПа, а в поперечном направлении 60 МПа. Относительное удлинение при разрыве остаётся примерно равным 147% в продольном направлении и 47% в поперечном. Поэтому можно сделать вывод о том, что скорость каширования не влияет на прочностные характеристики полученных материалов.
Также исследовалась зависимость прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве образцов с искусственным дефектом – надрезом, равным 3 мм.
Рис. 4.9. Зависимость прочности плёнки с надрезом = 3 мм от толщины клеевого слоя. Долевое направление
Рис. 4.10. Зависимость относительного удлинения плёнки с надрезом = 3 мм от толщины клеевого слоя. Долевое направление
Рис. 4.11 Зависимость прочности плёнки с надрезом = 3 мм. от толщины клеевого слоя. Поперечное направление
Рис. 4.12 Зависимость относительного удлинения плёнки с надрезом = 3 мм от толщины клеевого слоя. Поперечное направление
Исследование показало, что прочность образцов с надрезом незначительно выше при большей толщине адгезива, а относительное удлинение наоборот, снижается. Однако данные отклонения показателей проходят в очень малых диапазонах значений, что свидетельствует о низком влиянии толщины адгезива на прочность и относительное удлинение при разрыве образцов многослойного плёночного материала с надрезом.
Для проверки полученных результатов были исследованы плёнки с толщиной адгезива 2 мкм с различной глубиной поперечного надреза. По результатам исследования было установлено, что закон Гриффитса для данных плёнок выполняется с вероятностью 96,9%, что говорит о высокой точности проведённых исследований.
Рис. 4.13. Влияние глубины надреза на прочность
Рис. 4.14. Влияние глубины надреза на прочность
На рисунках 4.15 и 4.16 представлены зависимости предела прочности σр и относительного удлинения εр при разрыве от толщины плёнки.
На рис. 4.17 представлена зависимость модуля упругости клеевой плёнки от её толщины.
Рис. 4.15. Зависимость прочности от толщины клеевой плёнки
Рис. 4.16. Зависимость относительного удлинения от толщины клеевой плёнки
Рис. 4.17. Зависимость модуля упругости клеевой плёнки от её толщины
После определения данных зависимостей по графикам были теоретически рассчитаны значения прочности и относительного удлинения клеевой плёнки, а также модуль упругости для рабочих толщин. Данные приведены в таблице 4.1
Таблица 4.1. Физико-механические характеристики клеевых плёнок малой толщины
| Толщина клеевого слоя | σ при разрыве, МПа | ε при разрыве, % | Е плёнки |
| 1,4 | 0,072 | 1,045 | 0,097 |
| 1,7 | 0,087 | 1,268 | 0,128 |
| 2 | 0,102 | 1,51 | 0,149 |
| 2,3 | 0,117 | 1,73 | 0,172 |
| 2,6 | 0,132 | 1,952 | 0,194 |
Затем были рассчитаны характеристики многослойного полимерного материала по правилу аддитивности свойств входящих в него компонентов.
σобщ= σ1•(h1⁄ hобщ)+ σ2•(h2⁄ hобщ)+ σ3•(h3⁄ hобщ) (4.1)
где: σобщ – прочность кашированой плёнки при разрыве; σ1 – прочность ОПП; σ2 – прочность ПЭВД; σ3 – прочность клеевого слоя; h1 – толщина ОПП; h2 – толщина ПЭВД; h3 – толщина клеевого слоя; hобщ – толщина кашированой плёнки.
εобщ= ε1•(h1⁄ hобщ)+ ε2•(h2⁄ hобщ)+ ε3•(h3⁄ hобщ) (4.2)
где: ε общ – относительное удлинение кашированой плёнки; ε 1 – относительное удлинение ОПП; ε 2 – относительное удлинение ПЭВД; ε 3 – относительное удлинение клеевого слоя; h1 – толщина ОПП; h2 – толщина ПЭВД; h3 – толщина клеевого слоя; hобщ – толщина кашированой плёнки.
Расчетные значения были сопоставлены с экспериментальными, полученными на производстве. Результаты приведены в сводных таблицах 4.2, 4.3, 4.4, 4.5.
Таблица 4.2
| Толщина клеевого слоя, мкм | σ при разрыве ОПП, Мпа | σ при разрыве ПЭВД, Мпа | σ при разрыве клеевой плёнки, Мпа | Σσ, МПа | Фактическая σ при разрыве, Мпа | ∆ σ при разрыве, МПа |
| 1,4 | 267 | 192 | 0,072 | 218,5 | 85 | 133,5 |
| 1,7 | 267 | 192 | 0,087 | 217,1 | 106 | 111,1 |
| 2,0 | 267 | 192 | 0,102 | 215,7 | 131 | 84,7 |
| 2,3 | 267 | 192 | 0,117 | 214,4 | 92 | 122,4 |
| 2,6 | 267 | 192 | 0,132 | 213,0 | 62 | 151,0 |
Результаты сравнения расчетной и экспериментальной прочности на разрыв многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление).
Таблица 4.3. Результаты сравнения расчетного и экспериментального удлинения при разрыве многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление)
| Толщина клеевого слоя, мкм | ε при разрыве ОПП, % | ε при разрыве ПЭВД, % | ε при разрыве клеевой плёнки, % | Σε, % | Фактическая ε при разрыве, % | ∆ ε при разрыве, % |
| 1,4 | 60 | 328 | 1,045 | 202,6 | 80 | 122,6 |
| 1,7 | 60 | 328 | 1,268 | 201,3 | 79 | 122,331 |
| 2,0 | 60 | 328 | 1,51 | 200,1 | 83 | 117,1 |
| 2,3 | 60 | 328 | 1,73 | 198,8 | 83 | 115,8 |
| 2,6 | 60 | 328 | 1,952 | 197,6 | 79 | 118,6 |
Таблица 4.4. Результаты сравнения расчетной и экспериментальной прочности на разрыв многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление)
| Толщина клеевого слоя, мкм | σ при разрыве ОПП, Мпа | σ при разрыве ПЭВД, Мпа | σ при разрыве клеевой плёнки, Мпа | Σσ, МПа | Фактическая σ при разрыве, Мпа | ∆ σ при разрыве, МПа |
| 1,4 | 123 | 190 | 0,072 | 155,4 | 85 | 70,4 |
| 1,7 | 123 | 190 | 0,087 | 154,4 | 106 | 48,4 |
| 2,0 | 123 | 190 | 0,102 | 153,4 | 131 | 22,4 |
| 2,3 | 123 | 190 | 0,117 | 152,4 | 92 | 60,4 |
| 2,6 | 123 | 190 | 0,132 | 151,5 | 62 | 89,5 |
Таблица 4.5. Результаты сравнения расчетного и экспериментального удлинения при разрыве многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление)
| Толщина клеевого слоя, мкм | ε при разрыве ОПП, % | ε при разрыве ПЭВД, % | ε при разрыве клеевой плёнки, % | Σ ε, % | Фактическая ε при разрыве, % | ∆ ε при разрыве, % |
| 1,4 | 252 | 323 | 1,045 | 282,7 | 356 | 73,3 |
| 1,7 | 252 | 323 | 1,268 | 280,9 | 366 | 85,1 |
| 2,0 | 252 | 323 | 1,51 | 279,1 | 382 | 102,9 |
| 2,3 | 252 | 323 | 1,73 | 277,4 | 348 | 70,6 |
| 2,6 | 252 | 323 | 1,952 | 275,6 | 327 | 51,4 |
При работе с материалом, состоящим из нескольких слоев, логично было ожидать прочностных свойств, превосходящих свойства каждого из слоев в отдельности, или, как минимум, не ниже самого прочного из них.
Однако, эксперимент показал, что прочность двухслойного скашированного материала получается ниже, чем прочность любого из составляющих его материалов. В нашем случае предел прочности пленки, состоящей из скашированных ОПП и ПЭВД во всех экспериментах оказался ниже предела прочности ПЭВД.
Имея совершенно незначительную прочность при разрыве, клеевой слой, однако, оказывает решающее воздействие на предел прочности всей многослойной композиции.
Сравнительный анализ показал, что для исследованных материалов правило аддитивности не действительно.