Композиционные материалы, адгезионное взаимодействие и адгезионная механика.

Турусов Р.А.1
Институт химической физики РАН (ФИЦ ХФ)1

Композиты не мыслимы без адгезионного взаимодействия наполнителя с матрицей. Адгезия – явление установления обладающих энергией связей между адгезивом и субстратом. Энергия этих связей и их плотность на поверхности контакта определяет интенсивность адгезионного взаимодействия. Полагаем, что плотность адгезионных связей значительно меньше (скорее всего, на порядки) плотности атомов на единицу площади контакта. Т.е. они сравнительно редки и их можно представить в виде щетки из упругих стерженьков-связей, перпендикулярных поверхности контакта. Они не касаются друг друга и представляют собой анизотропный слой, в котором нет напряжений, перпендикулярных поверхности стерженьков. У него есть толщина h*, модуль упругости E* вдоль стержней и модуль сдвига G* в плоскости контакта. Для такой анизотропной сплошной среды G*=E*/2. Этими величинами определяется интенсивность адгезионного взаимодействия. Применение подобных представлений о контактном слое позволило строго решать задачи механики адгезионных соединений, слоистых структур и дискретных моделей композитов. Зачем нужна адгезионная механика? – В настоящее время адгезионное взаимодействие характеризуют единственным параметром – адгезионной прочностью. Она представляет собой отношение измеренной в опыте разрушающей склейку нагрузки к измеренной площади склейки. (Это все, что мы умеем.) Однако эта величина оказывается сложной функцией геометрических параметров испытуемых образцов и физических параметров опыта. Стандартизация испытаний не ликвидировала проблему. А тем более по отношению к науке. Построенная на предлагаемых здесь представлениях теория позволила решать задачи о концентрации напряжений вблизи краев, строго удовлетворять всем граничным условиям, использовать физически ясные критерии разрушения адгезионных моделей и выработать методы определения из макроэкспериментов истинной адгезионной прочности, характеризующей прочность связи данной пары адгезив – субстрат вне зависимости от геометрии образцов, а также методы определения новой необходимой характеристики — интенсивности адгезионного взаимодействия, Здесь будут приведены основы теории, ряд экспериментальных результатов и их объяснение с помощью предлагаемой теории адгезионного взаимодействия.