МОДЕЛИРОВАНИЕ СФЕРОЛИТНОЙ СТРУКТУРЫ ТЕРМОПЛАСТА КАК КОМПОЗИТНОЙ СИСТЕМЫ С УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ | Механика | композиционных | материалов и конструкций
> Том 24 > №4 / 2019 / Страницы: 539-554

МОДЕЛИРОВАНИЕ СФЕРОЛИТНОЙ СТРУКТУРЫ ТЕРМОПЛАСТА КАК КОМПОЗИТНОЙ СИСТЕМЫ С УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

,

Аннотация:

Предложена компьютерная модель полиолефина (термопласта), описывающая его механические свойства на микро и макроуровне с учетом наличия в структуре надмолекулярных кристаллитных образований в виде сферолитов. Эти материалы (полиэтилен, полипропилен и т.д.) являются частично кристаллизующимися полимерами, то есть в них можно наблюдать хорошо выраженную структурную неоднородность на нано-, мезо- и микроуровне. Рассматриваемые в работе сферолитные образования состоят из ламелей (гибкие тонкие пластины из уложенных в поперечные петли из полимерных макромолекул) и аморфной полимерной фазы между ними. В сферолите ламели исходят радиально из одного общего ядра (зародыша), заполняя сферическое пространство вокруг него. Благодаря такому строению эти образования характеризуются хорошо выраженной механической анизотропией. Непосредственный анализ деформации сферолита как «конструкции» (с учетом детальной морфологии структуры) практически невозможен из-за его чрезвычайно сложной геометрии. Поэтому в основу модели был положен феноменологический подход. Сферолит представлялся в виде радиально анизотропного включения, в котором механические свойства в радиальном направлении определялись ламелями, а тангенциальном – аморфной фазой. Сферолитную структуру моделировали в виде регулярной решетки, состоящую из радиально анизотропных упругих или упругопластических включений. При этом использовалась гипотеза об аффинном характере деформирования структуры. То есть предполагалось, что внутренние области сферолита изменяют свою форму также, как и весь сферолит в целом. Степень кристалличности сферолита (соотношение кристаллической и аморфной фаз) варьировали за счет изменения его радиальной и тангенциальной жесткостей. Расчеты вели на гексагональной ячейке периодичности с учетом соответствующих условий симметрии. Краевые задачи (как в упругой, так и упруго-пластической постановке) решали численно – методом конечных элементов. В результате были построены зависимости, позволяющие провести оценку влияния структурных характеристик сферолита на эффективные механические свойства термопласта.

14