不同介孔結(jié)構(gòu)的Si02對日本住友化學(xué) SUMIPEX MH_EXTRA PMMA性能的影響
PMMA塑膠材料是一種透光性能和可加工性能優(yōu)異的一款材料，已成為科研工作者廣泛研究的一種高性能樹脂基體，但其力學(xué)性能尤其是強(qiáng)度和韌性較低，熱穩(wěn)定性低等缺點(diǎn)，局限了其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。介孔材料優(yōu)異的吸附性能可使單體或聚合物進(jìn)入介孔中，得到一種新型的具有納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的雜化材料。日本住友化學(xué) SUMIPEX MH_EXTRA PMMA向聚合物基體中引入介孔材料可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)、無機(jī)材料的優(yōu)勢互補(bǔ)，它具有普通材料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如更高的強(qiáng)度模量和熱分解溫度。并利用介孔SiO：較大的孔體積儲存空氣(K=I)，將其引入到樹脂基體中實(shí)現(xiàn)雜化材料介電常數(shù)的大幅降低，有望更好的應(yīng)用于大規(guī)模集成電路和微電子領(lǐng)域。
雜化材料的沖擊強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這是由于單體在孔道內(nèi)聚合與孔外基體在孔口處形成較強(qiáng)的結(jié)合作用，聚合物分子鏈運(yùn)動受限從而提高雜化材料的強(qiáng)度，較低的填充量對雜化材料的強(qiáng)度就有較大的提高。且介孔SiO：能夠?qū)为?dú)的大量PMMA分子鏈連接起來，形成物理纏繞或交聯(lián)，起到更好的增強(qiáng)增韌作用。純PMMA拉伸斷裂面較光滑，添加SBA一15和MSU—J的PMMA拉伸斷裂面較粗糙均呈片層狀結(jié)構(gòu)，裂紋數(shù)也明顯增多。這是由于當(dāng)材料受到力的作用時，填料的加入會阻止裂紋的擴(kuò)張，誘發(fā)更多的裂紋，使裂紋得到分散和擴(kuò)展，從而吸收更多能量減緩應(yīng)力使材料韌性提高：日本住友化學(xué) SUMIPEX MH_EXTRA PMMA與SBA一15相比，MSU—J孔容、孔徑較大有利于MMA單體在孔道內(nèi)的運(yùn)輸和反應(yīng)，有利于MSU-J的分散，所以含量較高時MSU-J的增強(qiáng)效果優(yōu)于SBA-15。此外，隨著剛性介孔SiO：含量的提高，導(dǎo)致粒子的團(tuán)聚結(jié)塊，破壞基體的均勻性，造成界面粘結(jié)性變差，受力極易發(fā)生脫粘，從而導(dǎo)致雜化材料的強(qiáng)度和韌性降低。
低含量的SBA-15和MSU—J兩種介孔SiO：能顯著提高雜化材料的拉伸強(qiáng)度和韌性，熱穩(wěn)定性和耐熱性，且在添加量相同時孔容、孑L徑較大的MSU—J的綜合改性效果優(yōu)于SBA-15。MSU—J在基體中的分散性更好，在粒子和基體的界面處形成的物理交聯(lián)，提高了MSU—J與基體的相容性。雜化材料介電常數(shù)隨介孔SiO：的含量增加呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢，且含有MSU—J的雜化材料介電常數(shù)均低于含有SBA-15的雜化材料。這些主要是受介孔SiO：的孔結(jié)構(gòu)、顆粒的外形和大小以及兩相界面結(jié)構(gòu)的影響。
脆性聚甲基丙烯酸甲酯板動態(tài)裂紋傳播有限元模擬
20世紀(jì)80年代以來，脆性材料中動態(tài)裂紋傳播問題得到廣泛關(guān)注，取得了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論研究成果。但脆性材料在裂紋傳播過程中特有的物理現(xiàn)象，比如鏡面一拋物線一周期凹槽一分叉現(xiàn)象，日本住友化學(xué) SUMIPEX MH_EXTRA PMMA以及特有的耗能模式，從數(shù)學(xué)上或經(jīng)典斷裂力學(xué)上都還無法解釋，因此實(shí)驗(yàn)手段和有限元分析是探索這些問題很好的手段。
對于動態(tài)裂紋傳播的行為，盡管有很多種研究方法，但數(shù)值模擬計算方法不失是一種很有效、合理的估計方法。目前有很多種模擬動態(tài)傳播過程，傳統(tǒng)方法使用動態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度或者_(dá)，積分作為斷裂準(zhǔn)則。脆性材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)動態(tài)裂紋傳播中特有的狀態(tài)量(包括裂紋*小傳播速度、裂紋傳播速度、微分叉，局部分叉、裂紋傳播極限速度)。
利用Cohesive單元法，開發(fā)用戶材料子程序，結(jié)合ABAQUS求解器模擬脆性材料PMMA動態(tài)裂紋傳播行為。模擬計算過程中考慮采用率無關(guān)和率相關(guān)兩種情況，其模擬結(jié)果如下：
相同載荷下，采用率無關(guān)內(nèi)聚力準(zhǔn)則模擬的穩(wěn)定裂紋傳播遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)測出的穩(wěn)定裂紋傳播速度。2)日本住友化學(xué) SUMIPEX MH_EXTRA PMMA無論是采用率無關(guān)還是率相關(guān)的內(nèi)聚力準(zhǔn)則，模擬出的裂紋傳播速度的上限速度都是665 m／s，下限速度為235 m／s，與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果是吻合的，日本住友化學(xué) SUMIPEX MH_EXTRA PMMA這也說明了這是材料PMMA固有的材料屬性，與其他無關(guān)。3)利用率相關(guān)的內(nèi)聚力模型能夠較好地模擬裂紋傳播行為，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，說明對于脆性材料PMMA，必須要考慮裂紋**張開位移變化率，這樣能夠消耗很多的能量。