Справочник по композиционным материалам

Композиционные материалы на основе УВ и органического связующего

Выше были подробно обсуждены все преимущества углеродных волокон. Этот параграф посвящен описанию основных областей применения композиционных материалов на основе УВ и органи­ческих связующих. Матрицей, связывающей армирующие компо­ненты, могут быть металлы, керамика или органические связую­щие. Здесь будут обсуждаться только последние.

В КВМ на основе УВ и органических связующих механические свойства волокна определяют высокие прочностные характери­стики КВМ и его модуль упругости, а связующее обеспечивает такие свойства, как коррозионную стойкость и высокую ударную вязкость. Наряду с эпоксидными связующими в настоящее время используются полиэфирные, полисульфоновые, полиимидные и различные другие связующие на основе термопластов. Ниже будут рассмотрены физико-механические свойства углепластиков, их устойчивость к внешним воздействиям и усталостные свойства.

Я, Вт/(см - к)

117 Е, ГПа

Одним из основных преимуществ углепластиков является их очень высокая удельная прочность и удельный модуль упругости (рис. 11.40) [287]. Именно благодаря таким свойствам углепла­стики успешно заменили металлы там, где необходимо снижение массы (самолетостроение, создание транспортных средств). В табл. 11.7 приведены физико-механические свойства средне - и высокомодульных углепластиков с эпоксидным связующим.

Сб,/рУЯ>-*; (E/?)-Ws, Па/(кг - м

Гв

21

ЈL

Рис. 11.40. Сравнение удельного предела прочности ав/р (1) и модуля упругости Е/р (І) при растяжении наиболее распростра­ненных конструкционных материалов: А — сталь (5Л£ 980); Б — алюминий (7046-74); В — эпоксистеклопластик (S-стек - ло); Г, Д — углепластики на основе эпоксид­ного связующего соответственно типа Лв и типа HMS; 3 — при ориентации волокои под углами 0, 90, =ь,45°; 4 — 0°

Рис. 11.41. Модуль упругости Е (а) и пре­дел прочности ав (б) при растяжении вы­сокопрочного эпоксиуглепластика (УВ - целион) при комнатной температуре в за­висимости от доли однонаправленных сло­ев (А) и с ориентацией волокон под углом ±45° (В)

О 20 Я7 60 SO А,% О 20 0 ВО 80 В,%

А) б)

Их прочность и жесткость зависят от ориентации исходного во­локнистого материала [288]. На рис. 11.41, а и б показана типич­ная картина компьютерного проектирования структуры мате­риала для нахождения оптимальной по модулю упругости и пре­делу прочности структуры [288].

11.7.1. Устойчивость к внешним воздействиям

Влияние таких внешних условий, как температура и влаж­ность окружающей среды, хорошо изучено для углепластиков [289, 290]. Дальнейшее описание воздействия этих факторов про­ведено в соответствии с действующими стандартами ASTM [289].

11.7.1.1. Действие температуры

Е, ГПа

В связи с тем что механические свойства углепластиков на основе эпоксидных смол как целого определяются свойствами связующих, их теплостойкость ограничена пределом температур 150... 200 °С [241, 242]. Температура стеклования Тс эпоксид - 298

S3 о

9 (% 09) g ІгифвхсЗоф

.(% 09) £ ІГифеїйОф

«Очо К О в4

I (% 39) SWH

« (% 39) SK

. (% 39) Dа 0LAO

-..(% 39) 0009 аоиігзо

Я І1 X о, к

S а к

W в

« 5

£§5

Е-

•S

О

S

К

И

У

X

X й

3

X - г X

С

S

Н

< ч

TOC o "1-3" h z ш &

О в

И 2

Я tf

0 2

Е - В

У СО

О A

C X

Л

F4 (U

U-&

О ю ю

Щ x ч о

£ о.

О о

СО

2

M « о «

К л щ

М

Со ю

О x к

55 й О В л

О

45 оо

А о х

Я

E

U

О X в

Я &

Я в

О

В

Ч ■

О

Ьч 0

о

Оо со

ZZ о

О о> о о о со СО —с —I

OO^Tt^f

Со со А со со QQQQQ

Pi q. Ии%

И»

■ * -0, п 5 ч В 1 ■ Я 5." х:

,"S ї і

Tq ш S g

СЦ to

С К Л CL О >> л о Јr ж

М М t-r CU

CSJ ^ <N _г<м (N

О о СО

СОщ

' со о

23

<N О со t-

I <N 00 I

А> є>со о

00 О)

Й eLo о

О І—і U (И

Їм «З

Ных смол, в зависимости от особенностей строения и температура отверждения, лежит обычно в пределах 125 ... 175 °С. Для увели­чения То связующего, необходимо использовать другие смолы 1291, 293, 294]. На рис. 11.42 представлены данные о температур­ной зависимости предела прочности углепластика при изгибе при использовании фенольного или полиимидного связующего [291]. В интервале — 54 ... +149 °С при действии циклических темпера­турных воздействий механические свойства композита HTS-

Епон 828 зависят от числа циклов, содержания во­локна и остаточных напря­жений в композите [295]. В работе [296 ] хорошо по­казано, что усталостные свойства типов I и Пшпри температурах —40 ... -+- + 120 °G определяются видом волокна, его ори­ентацией, методом полу­чения композита и уров­нем динамических напря­жений. Самакорт [297] установил, что в резуль­тате термических много­цикловых нагрузок в ин­тервале —195 ... + ЮО °С в УВ-эпоксикомпозите воз­растает число микротре­щин.

При повышенных температурах стабильность УВ и связующих к окислению начинает играть большую роль [298, 299]. Мак-Ма - гон [298 ] обнаружил корреляцию между следами металлов в УВ и их термостабильностью на воздухе. Наиболее распространенные среднемодульные УВ на основе ПАН {АС и Г300), содержащие щелочные металлы, оказываются существенно менее термоста­бильны, нежели «Селион» (фирма «Селаниз»), а также высокомо­дульные УВ из ПАН и пека. Последние выдерживали термо­окислительные условия при 482 °С в течение 1000 ч. В последнее время были опубликованы результаты исследования термоокис­лительной стабильности КВМ на основе средне - и высокомодуль­ных УВ и различных органических связующих [300]. Динамиче­ские и изотермические свойства КВМ сведены в табл. 11.8 и 11.9. Термостабильность композитов убывает в следующей по­следовательности: полифенилхиноксалин > полиимид > эпок - сиды. В последние годы часто начинают использовать термопласты (например, полиэфирсульфон), термоокислительная стабиль­ность которых оказывается на уровне полиимидов и полифенил - хиноксалинов 1301 ]. 300

11.8. Температура начала основных процессов в КВМ, определенная методом ТГА

Температура, °С

Поставщик

Материал

Начала потери массы

Разложения связующего

Разло­жения волокна

Дженерал дайнэ-

Сел и он

МИКС

6000/5208

270

345

720

Т6300/5208

165

345

645

Т300/5208

210

369

642

Г300/934

175

345

635

AS/3501

324

529

Г300/Ф178

115

386

619

Локхид/Саннивейл

И С PITCH/934

Окружающая

292

770

Среда

Т300/5208

110

364

610

Т300/Ф178

140

387

617

Г300/ПМР-15

559

559

AS/2080

100

603

603

Локхид/Джорджиа

Г300/5208

270

343

632

AS/3501

185

342

602

UMA/m

80

310

715

GF70/7534

175

327

876

Локхид/Бербанк

7300/5208

130

347

621

7300/934

135

342

635

Мак-Доннелл/

7300/5208

135

358

602

Дуглас

AS/3501

200

354

593

Нортроп

AS/3501

340

592

Грумман

AS/3501

190

345

600

МИТ *

MOD 1VPPQ

520

623

687

НАСА/ Локхид

HTS/PMP-15

370

571

800

* МИТ — Массачусетскнй технологический институт.

Справочник по композиционным материалам

Пластики, полученные методом намотки

Быстрое развитие исследований и применение материалов, полученных намоткой, привело к созданию большого числа специ­фикаций и стандартов на методы их испытаний. Следующие стан­дарты ASTM представляют собой интерес: ASTM D2290-76. Определение предела …

Другие виды испытаний

Ряд испытаний должен проводиться при повышенных темпера­турах. Зависит это от типа композиционного материала и области его применения. Обычные композиты не должны терять проч­ность и модуль после получасовой экспозиции при темпера­туре …

Влияние длительной выдержки в окем*М;-г! иа глубине 1737 м на свойства СВКМ

Показатель Исходные значения После выдерж­ки на глубине 1737 м в тече­ние 1045 сут Показатель Исходные значення После выдерж­ки на глубине 1737 м в тече­ние 1045 сут А0Ж( МПа £сш, ГПа …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.