Прочность композитных материалов в системе «жидкое стекло - отвердитель»
|
Прочность композитных материалов является их интегративным свойством, характеризующим качество сформировавшейся структуры и зависящим от свойств компонентов, интенсивности их взаимодействия и площади границы раздела фаз. Исследованиями, проведенными ранее, установлено, что процессы структурообразования систем «раствор гидросиликатов натрия — хлорид бария» обеспечивают формирование сетки из продуктов реакции. Прочность таких систем описывается классическим уравнением:  где γ1 — константа; RК — прочность единичного контакта; nК — количество контактов, из которого следует, что получение прочного материала обеспечивается увеличением RК и nК. Очевидно, что при прочих равных условиях значения Rk будут изменяться незначительно; кроме того, прочность вяжущего прямо пропорционально зависит от величины Rk. Существенное влияние оказывает nК, величина которого зависит от условий твердения и закономерно от количества отвердителя P (рис. 55 и 56). Из рис. 55 и 56 видно, что при одинаковой температуре твердения зависимость прочности вяжущего от количества отвердителя имеет экстремальный характер, который описывается функцией вида  где P — массовая доля отвердителя; а — прочность силикат-глыбы, МПа; b, с, d — эмпирические коэффициенты, характеризующие влияние отвердителя (значения коэффициентов приведены в табл. 29).   Очевидно, что экстремальный характер изменения прочности жидкостекольных вяжущих, отвержденных хлоридом бария, достаточно полно объясняется изменением количества контактов nК и, следовательно, плотностью упаковки продуктов взаимодействия, величина которой оценивается средней плотностью вяжущих (рис. 57).  Из рис. 57 видно, что максимальное значение Rсж/ρ характерно для материала, твердеющего при 20...25 °C, отвержденного стехиометрическим количеством отвердителя (100 %). Это объясняется увеличением содержания в единице объема гидросиликатов бария (даже при условии неполного расхода отвердителя на химическую реакцию) и подтверждается данными оптических и химических исследований (см. разделы 3.1 и 3.2). Влияние смесевого модификатора на прочность вяжущих определяется содержанием компонентов (табл. 30): при увеличении количества ПВА наблюдается снижение прочности (рис. 58), а при увеличении содержания NaOH — повышение прочности (рис. 59). Эти данные согласуются с предложенным механизмом структурообразования жидкостекольных вяжущих, отвержденных хлоридом бария.  Вследствие образования поливинилового спирта соотношение компонентов оказывает существенное влияние на прочность вяжущего (см. табл. 30): наблюдается волнообразное изменение прочности, что закономерно согласуется с аналогичным изменением линейной усадки (рис. 60): увеличение величины линейной усадки, обеспечивающей рост внутренних напряжений, приводит к снижению прочности затвердевших вяжущих.   Таким образом, установлены закономерности влияния рецептурных и технологических факторов на прочностные характеристики жидкостекольных вяжущих, отвержденных хлоридом бария и модифицированным отвердителем, указывающие на четкую зависимость их прочности от плотности формирующейся структуры. Изучено влияние состава смесевого модификатора на прочностные характеристики разрабатываемых материалов. Установлен волнообразный характер влияния соотношения компонентов на прочность жидкостекольных вяжущих, согласующийся с закономерным изменением линейной усадки. |
