Введение
1 Особенности влагопереноса в полимерных композиционных материалах (пкм) на основе эпоксисоединений 10
1.1 Влияние влаги на физико-механические свойства современных конструкционных ПКМ 10
1.1.1 Эпоксидное связующее и пленочные клеи 14
1.1.2 Армирующие волокна 15
1.1.3 Чувствительность параметров влагопереноса к климатическому старению 17
1.1.4 Устойчивость физико-механических характеристик ПКМ к воздействию влаги 19
1.1.5 Изменение структуры и свойств наполнителей в присутствии влаги 22
1.1.6 Прогнозирование изменения механических свойств ПКМ под воздействием влаги 24
1.2 Обзор методов прогнозирования влагопереноса в ПКМ 26
1.2.1 Типы аномальной кинетики сорбции влаги в ПКМ 27
1.2.2 Обзор моделей аномальной кинетики сорбции 29
1.2.3 Моделирование диффузии с позиций термодинамики необратимых процессов 38
1.2.4 Обзор моделей диффузии с точки зрения параметра переноса (коэффициента диффузии) 41
1.3 Химические превращения в эпоксидных связующих, пластифицированных влагой (химическая реакция) 44
1.4 Проблемы структурной гетерогенности и анизотропии свойств ПКМ при сорбции и диффузии влаги 45
1.4.1 Экспериментальное исследование зависимости влагосодержания от геометрических размеров образца 45
1.4.2 Моделирование кромочного эффекта 46
1.4.3 Тензор коэффициента диффузии 46
1.4.4 Моделирование влагопереноса в периодических системах 47
1.4.5 Моделирование влагопереноса в пористых материалах 48
1.4.6 Моделирование влагопереноса в слоистых материалах 50
1.4.7 Моделирование влагопереноса по границе раздела "волокно-связующее" 50
1.5 Задачи исследований 52
2 Теория влагопереноса в пкм (постановка модели диффузии) 56
2.1 Уравнение неразрывности при переносе массы (фиковская компонента) 56
2.1.1 Общее уравнение диффузии 57
2.1.2 Диффузия в отрезок 58
2.1.3 Диффузия в полуось 59
2.1.4 Нормальная диффузия в отрезок 60
2.1.5 Общая модель фиковской диффузии для образцов малых форм 62
2.2 Влияние характерных размеров на процесс влагопереноса (кромка, анизотропия) 63
2.3 Учет неравновесных эффектов кинетики сорбции воды ПКМ 64
2.3.1 Структурная релаксация (пластификация) 64
2.3.2 Учет химических реакций в теории влагопереноса 65
2.4 Общая модель влагопереноса 66
2.4.1 Первый случай (Рис. 2.4) 67
2.4.2 Второй случай (Рис. 2.5) 68
2.4.3 Третий случай (Рис. 2.6) 69
3 Экспериментальные исследования и математическая обработка результатов 71
3.1 Выбор объектов исследования и их свойства 71
3.2 Методика проведения эксперимента по исследованию влагопереноса в ПКМ 75
3.2.1 Отбор образцов 75
3.2.2 Аппаратура, среда 75
3.2.3 Подготовка к испытаниям 75
3.2.4 Проведение испытаний 76
3.3 Определение параметров модели влагопереноса с помощью пакета FITTER 77
3.3.1 Выбор опорных образцов для аппроксимации цикла "увлажнение-сушка" 78
3.3.2 Аппроксимация кинетики десорбции воды из ПКМ 78
3.3.3 Аппроксимация неравновесных слагаемых сорбционного эксперимента 79
4 Иллюстрация работоспособности модели влагопереноса в ПКМ 81
4.1 Экспериментальные результаты и недостаточность традиционного подхода для их аппроксимации 82
4.1.1 Погрешности оценки изменения массы 82
4.2 Десорбционный эксперимент 83
4.2.1 Стеклопластики 83
4.2.2 Базальтопластики 90
4.3 Сорбционный эксперимент 92
4.3.1 Стеклопластики 92
4.3.2 Базальтопластики 101
4.4 Работоспособность моделей сорбции и диффузии влаги в ПКМ: анализ сходимости и адекватности 104
Заключение 106
Благодарности 107
Приложение
