聚酰亚胺及其杂化薄膜断裂性能的研究

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聚酰亚胺(PI)及其杂化薄膜由于具有较低的介电常数、优良的力学和热学性质,作为电绝缘材料在工程应用中得到了广泛应用,而断裂性能是其工程应用的一个关键力学参数。关于材料的断裂韧性,目前几种较为成熟的评价方法,如传统的线弹性断裂力学方法和目前发展较为成熟的一些弹塑性断裂方法(如J积分和COD)等,对柔性聚合物薄膜断裂性能的评价均存在一定的困难;近年来,一种相对较新的方法——基本断裂功(EWF)方法,由于能有效评价满足平面应力条件的韧性薄膜材料的断裂性能,在国外引起了较大的关注,目前关于它的理论及应用等各方面的研究仍在不断完善中。 本论文依据基本断裂功理论,将聚酰亚胺/二氧化硅(PI/SiO<,2>)无机杂化薄膜断裂功(W<,f>)分为基本断裂功(W<,e>)和塑性耗散功(W<,p>),从断裂功(W<,f>)与韧带长度(L)之间的关系得到了反映PI/SiO<2>断裂韧性材料常数的比基本断裂功(w<,e>),并通过I型裂纹的双边对称缺口拉伸(DENT)实验,研究了不同SiO<,2>含量对其杂化薄膜断裂韧性参数的影响。通过临界J积分值(J<,ю>)与比基本断裂功(w<,le>)的等价关系,用有限元数值方法得出了不同SiO<,2>含量杂化薄膜塑性区的演化过程及塑性区形状因子(β)和比塑性功(w<,p>),给出了不同SiO<2>含量对其杂化薄膜非断裂韧性参数的影响,并就数值计算与实验结果进行了比较分析。通过对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的数值分析,给出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的塑性区演化过程及裂纹扩展所需的最大载荷,同时研究了Ⅰ-Ⅱ型裂纹偏斜角(θ)对不同SiO<2>含量杂化薄膜的最大载荷、临界屈服体积及塑性区形状因子等参数的影响关系。
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