Акустические исследования структурных изменений при растяжении в высоконаполненных полимерных композициях на основе каучука

Ослабление звука и эффект геометрической дисперсии, вызванный обеднением спектра высокочастотными составляющими, являются следствием накопления дефектов. Изменение зондирующего импульса, аналогичное происходящему при деформировании, свидетельствует в пользу обоснованности модельных испытаний. Установление простой количественной связи акустических величин с размерами дефектов позволяет оценить эффективную величину дефектов и определить закон их накопления при одноосном растяжении.

Первоначально образец растягивался до разрушения с постоянной скоростью 4,8-10-5 м/с. При деформировании регистрировалась амплитуда акустического сигнала, проходящего через образец в направлении, перпендикулярном оси растяжения (рис. 4). При достижении деформации ~2% изменяется наклон рассматриваемой зависимости, что связывается с началом появления трещин. В образце можно выявить зону, обладающую повышенным ослаблением сигнала.

Рис. 2. Изменение амплитуды затухающего акустического сигнала (1, 2) и скорости его распространения (3) в зависимости от нормированного сечения рассеяния на частотах 2,5 (1) и 1,25 МГц {2, 3)

Рис. 3. Зависимость скорости продольной волны от частоты для сухого гранита (1); гранита, насыщенного низкомолекулярной жидкостью (2); ПММА; дюралюминия (4); образцов высоконаполненного полимера без искусственных дефектов (5) и с дефектами (6). Форма импульса, прошедшего через высоконаполненный полимер (I) и через ПММА (II)

В следующем эксперименте зондирующий импульс направлялся вдоль оси нагружения, что повышало его чувствительность к образованию трещин. Режим нагружения ступенчатый. Точность измерения удлинений ±0,3-10-8 м, коэффициента ослабления — ±0,2 дБ, скорости распространения акустического возмущения — ±3 м/с. Измерения выполнялись при 20°. Как следует из экспериментальных зависимостей рис. 5, при деформациях до 1% наблюдается слабое (1—2 дБ) уменьшение амплитуды проходящего сигнала. В пределах точности эксперимента ослабление изменяется обратимо. При дальнейшем увеличении деформации от 1,2 до 1,7% изменение амплитуды составляет более 20 дБ. Именно такое резкое изменение зависимости амплитуды акустического импульса от деформации позволяет установить верхнюю условную границу микроразрушения Лт° и граничные значения е и о*. При повторной нагрузке деформационная кривая 4 оказывается смещенной в сторону больших деформаций, что свидетельствует о возникновении необратимых изменений структуры. Зависимость A=f(e) также смещается при повторном нагружении (кривая 2), но при этом изменяется и ее вид. После многократного [10] растяжения до е=1,7°/о в образце появлялась область повышенного ослабления акустического сигнала (аиз6«19 дБ на частоте 2,5 МГц). Таким образом, с помощью акустического метода выявлены области квазиобратимых (I) и необратимых (II) изменений, определена верхняя условная граница микроразрушений.

По деформационным кривым (рис. 6) трудно получить представление о возникновении повреждений и их накоплении. Деформация меняется по траекториям с малой кривизной почти пропорционально напряжению. Особенно трудно определить момент образования повреждений на началь ной стадии растяжения. С помощью акустического метода (рис. 7) можно не только выявить момент образования трещин, но и проследить кинетику их накопления. В частности, например, можно наблюдать полное или частичное «захлопывание» образовавшихся полостей при разгрузке.

Максимум на зависимости амплитуды проходящего через деформируемый образец акустического сигнала от напряжения (рис. 8, кривая 2) можно объяснить конкурирующим влиянием ориентации и разрушения