Справочник по композиционным материалам

Свойства волокон

Арамидные волокна обладают уникальными свойствами. Среди всех органических волокон они имеют самые высокие значения прочности и модуля упругости. Арамидные волокна устойчивы к пламени и высокотемпературным воздействиям, а также к ор­ганическим растворителям, нефтепродуктам и различным мине­ральным маслам. Они не. столь хрупки как стеклянные и углерод­ные волокна. Наконец, арамидные волокна могут быть перерабо­таны на обычном текстильно-технологическом оборудовании.

Промышленные волокна кевлар-29 и кевлар-49 непрозрачны. Нить линейной плотностью 13,5 текс имеет диаметр одиночного (моно) волокна 11,9 мкм [8]. У волокна кевлар-49 коэффициент преломления варьирует от 2,0 до 1,6 в зависимости от того, изме­рялся ли он вдоль или поперек волокон. Воздействие на волокно кевлар-49 электронами сравнительно высокой энергии не изменяет его свойств. Тепловые, механические и химические свойства во­локон кевлар изучены достаточно хорошо (табл. 12.6) [6, 8, 9]. Для волокон кевлар-49 наблюдается сильная зависимость механи­ческих характеристик волокон при растяжении от базы измерений. В табл. 12.7 [8] сведены данные по влиянию масштабного эффекта.

12.2.5.1. Тепловые свойства

Тепловые свойства волокон кевлар представлены в табл. 12.8. На рис. 12.10 приведен график зависимости механических свойств кевлара-49 от температуры [8]. Рис. 12.11 [8] иллюстрирует за­висимость теплопроводности волокон как функцию температуры. Следовательно, при увеличении температуры предел прочности на растяжение волокна падает, а теплопроводность его возра­стает.

'12.2.5.2. Химические свойства

Кевлар-49 — это очень стабильное в химическом отношении волокно. Оно весьма устойчиво к действию различных химика­лий, в том числе и сильных кислот. В табл. 12.9 [8, 10] приведены

Рис. 12.10. Влияние температуры Т на предел прочности упругости Е (б) при растяжении ав (а) и модуль некрученой неотделанной пряжи кевлар-49 при испытании в атмосфере азота (1), на воздухе (2) образцов волокна, предвари­тельно выдержанных в воде в течение 30 мин

12.6. Свойства волокна кевлар

Свойства

Кевлар-29

Кевлар 49

[6]

[91

[6]

[8, 9]

Плотность, кг/м3

1440

1440

1440

1450

Диаметр одиночного волокна ли­нейной плотностью 0,17 текс, мкм

12,0

11,9

12,0

11,9

Равновесная влажность, %

6,0?

4,6»

3,5?

Предел прочности при растяжении ов> МПа

3275

2758

3034

2758

Удлинение прн разрыве, %

3,9

4,0

2,3

2,4

Начальный модуль упругости, ГПа

69,0

62,1

124,1

131,0

Максимальный модуль упругости, ГПа

96,5

127,9

Модуль упругости прн изгибе, ГПа

53,1

105,5

Расчетный модуль упругости при осевом сжатии, ГПа

40,7

75,8

Динамический модуль упругости, ГПа

96,5

137,9

Доля прочности в петле от пре­дела прочности при растяжении, %

35

Усталостные свойства (число цик­лов изгиба до разрушения N)

200»

Ползучесть при нагружении до 90% ов

0,0011

Коэффициент треиня — — — 0,46 (0,41) 8

Прн 21 °С и влажности 65 %.

При 22 °С н влажности 55 %.

Изгиб по шпильке диаметром 76,2 мкм при 368 МПа.

Первичная и вторичная ползучесть. Б Нить по нити (нить по металлу).

12.7. Прочностные свойства

Исходных

Одиночных

Волокон

Кевлар-49

Длина волокна, мм

Линейная плотность стренги, текс

Число образцов

^Об

"в.

МПа (С,

І' %)

% (<?;, %)

3420 (13,9) 2740 (19,0) 3500 (12,1) 2940 (10,8) 4,3 (15,5)

(19,3) 4,00 (12,5)

506,6 506,6 42,2 42,2

25,4 254,0 25,4 254,0

40

Примечание. Св — коэффициент вариации.

12.8. Теплофизические свойства пряжи и ровницы кевлар-49

Зиачеиие

Температура длительного пребывания на воздухе без изменении 160 свойств, С

Температура разложения, °С 500 Предел прочности при растяжении, МПа:

TOC o "1-3" h z прн комнатной температуре через 16 мес НС 2

При 50 °С на воздухе через 2 мес НС

При 100 °С на воздухе 3170

При 200 °С на воздухе 2720 Модуль упругости, ГПа:

При комнатной температуре через 16 мес НС

При 50 °С на воздухе через 2 мес НС

При 100 °С на воздухе 113,8

При 200 °С на воздухе 110,3

Усадка, %/К 4-Ю"4 Коэффициент линейного расширения в диапазоне 0—100 °С, 10"в К"1:

Продольный —2

Радиальный +59

Теплоемкость при комнатной температуре, Дж/(г• °С) 1,42 Теплопроводность при комнатной температуре1, Дж/(см-К)-.

Поперек волокна 411,0

Свойства

Вдоль волокна 481,6

Теплота разложения, кДж/г 34,8

1 Здесь р = 190 кг/м3.

I НС — не снижается первоначальное значение.

12.9. Устойчивость волокон кевлар-29 и кевлар-49 к действию различных химикалий

Реагент

Концен­трация,

Темпера­тура, °С

Время, ч

Потеря прочности волокна, %

%

Кевлар-29

Кевлар-49

Уксусная кислота

99,7

21

24

0

 

Бензойная кислота

3

99

100

26

 

Муравьиная кислота

90

21

100

7

 

Соляная кислота

37

21

24

0

 

37

21

1000

83

______

 

Плавиковая кислота

5

21

24

0

 

10

21

10

12

8

 

48

21

24

10

 

Бромистоводородная ки­

10

21

1000

60

 

Слота

 

Азотная кислота

1

21

100

18

5

 

70

21

24

60

 

Фосфорная кислота

10

21

100

1

 

Салициловая кислота

3

99

1000

0

 

Реагент

Концен­трация,

%

Темпера­тура, °С

Время, ч

Потери прочиоста волокна, %

Кевлар-29

Кевлар-49

Серная кислота

1

21

1000

5

10

21

100

14

10

21

1000

31

70

21

1000

59

96

21

24

100

Гидроокись натрия

50

21

24

10

Гидроокись аммония

28

21

1000

10

Ацетон

100

21

24

0

0

Бензол

100

21

24

0

Четыреххлористый углерод

100

21

24

0

Диметил формамид

100

21

24

0

Метиленхлорид

100

21

24

0

Метил этилкетон

100

21

24

0

Трихлорэтилен

100

21

24

1,ь

100

88

387

7

Толуол

100

21

24

0

Бензиловый спирт

100

21

24

0

Этиловый спирт

100

21

24

0

0

Метиловый спирт

100

21

24

1

Реактивное топливо (ИП-4)

100

21

300

0

4,5

100

199

100

4

.....

Тормозная жидкость

100

21

312

2

100

163

100

33

Трансформаторное масло

100

60

500

4,6

0

(Texaco № 55)

Керосин

100

60

500

9,9

0

Формалин

100

21

24

1,6

«Фреон-11»

100

60

500

0

2,7

«Фреон-22»

100

60

500

0

36

Вода:

Водопроводная

100

100

100

0

2

Морская (у побережья шт.

100

21

3 мес

0

Нью-Джерси, г. Ошен-

100

1 год

1,5

1,6

Сити)

Под давлением 6,9 МПа

100

21

720

0

Сверхочищенная вода

100

138

40

9,3

Насыщенный пар

100

149

48

28

--

Характеристики химической стабильности волокон кевлар. Дан­ные по воздействию на волокно кевлар ультрафиолетового из­лучения приведены в табл. 12.10 [8, 101.

12.2.5.3. Механические свойства

Механические свойства волокна кевлар существенно отли­чаются от аналогичных свойств обычных органических волокон. Волокна кевлар имеют очень большой модуль упругости и высо­кую прочность при малой деформации при разрыве. Кривые за­висимости напряжение — деформация при испытании по стан-

12 П/р Дж. Любииа 353 12.10. Устойчивость волокон и пряжи кевлар-29 и кевлар-49 к ультрафиолетовому излучению

Марка волокна кевлар

Линейная плотность, теко

Т[37]S

О

Га М

Н >>

О. «

Экспозиция

Разрывная нагрузка, ДаН

Потеря прочно­сти, %

Вид

Время, ч

Перед экспо­зицией

После экспо­зиции

29

166,6 (БО)

0,83

УКК, с

200

33,1

24,3

27

49

157,7 (БО)

0,71

УКК, ВС

200

32,4

24,3

25

500

32,4

20,4

37

49

788,8 (БО)

0,35

УКК, ВС

200

150

117

32

500

150

100

34

49

788,8 (ПУП)

0

УКК, ВС

200

156

103

34

500

156

84

46

49

788,8 (ПУП)

0,35

УКК, ВС

200

161

129

20

500

161

107

34

29+25 %

Веревка, 3

Ф, с

200

5171

4808

7

Дакрона

Пряди,

С

6 мес

5171

4717

9

D = 12,7 мм

12 жес

5171

4309

17

24 мес

5171

4309

17

29

Веревка, 3

Ф, с

6 мес

6532

5897

10

Пряди,

12 мес

6532

5262

19

D = 12,7 мм

24 мес

6532

4509

31

49

7,7 мм крученый

Контроль

____

17,2

Корд (530 оди­

КЛФ, с

100

10,1

41

Ночных нитей)

200

9,1

47

КК, с

100

9,7

44

КК, в

100

____

10,1

41

КК, с

200

____

8,2

52

КК, в

200

8,3

51

49

Плетеная верев­

Контроль

____

600

___

Ка1, d = 3,2 мм

Климати­

Ческая

Камера

УКК, с

100

467

22

49

Крученая верев­

Контроль

5171

Ка, 3 пряди

УКК, С

200

4808

7

D — 12,7 мм

Ф, С

6 мес

4654

10

12 мес

4191

19

Дарту ASTM D-2343-67 оказыва­ются практически линейными вплоть до разрушения. Продольные меха­нические свойства кевлара-49 уни­кальны даже по сравнению с нео­рганическими армирующими волок­нами (рис. 12.12) [8]. В работе [61 проанализированы результаты ис­следований механических свойств волокна кевлар. Сведения из этой работы изложены ниже.

Свойства при растяжении. Диа­граммы зависимости напряжение — деформация сухих волокон кевлар-29 и кевлар-49 при различных темпера­турах и соответствующие значения разрывных напряжений приведены на рис. 12.13 [6]. При увеличении скорости нагружения с 0,167 до 8000 %/с прочность сухого во­локна снижается в среднем на 14 %, однако характер разрушения остается неизменным. Как следует из приведенных графиков, влияние температуры на продольные прочностные характеристики

Невелико.

Л

Л*'См ' с-нг-'С

Рис. 12.11.' Влияние темпера­туры Т на теплопроводность X пряжи кевлар-49 при тепловом потоке, параллельном (1) и пер­пендикулярном (2) волокну

С, МПа

М7

2758

2068

Г,%

Рис. 12.12. Зависимости растягива­ющее напряжение а — деформация е различных армирующих волокон:

1 — ВМ-пряжа нз УВ с модулем упру­гости Е = 414 ГПа; 2 — бороволокна с Е = 379 ГПа; 3 — ВП-пряжа нз УВ с Е = 262 ГПа; 4 — ровинг из волокиа кевлар-49 (пряжа дополнительно кру­ченая) с Е — 131 ГПа; б — ровинг из

(С,(-стекловолокна с Е — 82,7 ГПа;

— ровннг из £-стекловолокиа с Е =68,9 ГПа; 7 .— волокно иомекс

Механические свойства мокрой пряжи кевлар-29 и кевлар-49 (после выдерживания в воде в те­чение 5 мин с последующим ис­пытанием в воде) при температуре 21 °С практически стабильны. Однако если для волокна кев­лар-29 при температуре 21 °С та­кие изменения просто отсутст­вуют, то для волокон кевлар-49 эти изменения весьма малы, но все же конечны. Потеря механиче­ских свойств пряжи кевлар-49 в воде при 88 °С почти вдвое пре­восходит аналогичные потери при 93 °С на воздухе (табл. 12.11). На рис. 12.14 представлены диа­граммы зависимости нагрузка — деформация для пряжи кевлар-49 в зависимости от крутки. Влия­ние крутки на прочностные свой­ства арамидных волокон оказы­вается существенно большим, не­жели для любых традиционных текстильных волокон. В работе 12* 355
а-. 1 54; 2 — 21; 3 — 93; 4 — 204; 5 — 316 "С; б: 1 — 77; 2 54; 3 — 21; 4 —

188; 5 — 299; S — 399 °С; в; 1------------------ 54; 2 — 21; 3 — 93; 4 — 204; 5 — 316; 6 — 427 °С;

Г; / — 77; г — 21; 3----------------- 54; 4 — 188; б — 299; 6 — 399 °С

Б, сН/гпекс

A) S)

Рис. 12.14. Типичные диаграммы зависимости напряжение а—удлинение е крученой пряжи с различными числами круток:

Рис. 12.13. Зависимости напряжение а — деформация є пряжи кевлар-29 (крутка —0,9 см"1 (о, б) и кевлар-49 (крутка 0,8 см""1 (в, г) при скоростях растяжения 0,167 (а) и 8000 %/с"1 при температуре:

A) S) в) г)

А — кевлар-29; 1 — 0; 2 — 1,4; 3 — 3,2; 4 ~ 5,5; см"1; б — кевлар-49; / — 0; 2 — 2,6; 3 — 5,4; 4 — 8,8 см""1

Воздух, 21 °С

3730

3,6

152,3

Вода, 21 °С

3754

0

3,6

154,6

100

Воздух, 93 °С

3323

—11

3,4

140,7

92

Вода, 93 °С

2908

—22

3,4

130,7

86

Воздух, 21 °С

6953

2,2

156,2

Вода, 21 °С

6862

—1

2,1

148,5

95

Воздух, 93 °С

6238

—10

2,0

135,4

87

Вода, 93 °С

5585

—2

1,9

121,5

78

Кевлар-49

Каждое значение получено на основании испытаний пяти образцов.

[6] показано, что большое падение прочности в зависимости от крутки для пряжи кевлар не может быть объяснено только влия­нием геометрических факторов. По всей видимости, это явление обусловлено суммарным эффектом геометрии текстильной струк­туры и повреждений волокна, возникающих при крутке.

На малых скоростях нагружения (~10 %/мин) волокно кев­лар-29 может хорошо выдерживать многоцикловые нагрузки при достаточно больших деформациях, если его поверхность не испы­тывает трения 16].

На рис. 12.15 приведено «время жизни» (долговечность) во­локна кевлар-29 толщиной 44,4 текс при многоцикловых испыта­ниях при 21 и 204 °С. Испытуемые волокна выдерживали весьма ограниченное число циклов до разрушения N в результате исти­рания о стальную поверхность.

Устойчивость к изгибу. После приложения изгибающей на­грузки в течение короткого времени при 21 °С волокно возвра­щается в исходное состояние сразу же после снятия нагрузки. При увеличении времени приложения нагрузки, а также при по­вышении температуры испытания восстановление замедляется (рис. 12.16, 12.17). Волокна кевлар могут быть подвергнуты термо­фиксации. Результаты изучения влияния термофиксационных

Справочник по композиционным материалам

Свойства армированных пластиков

Механические свойства Свойства при растяжении: предел прочности модуль упругости Предел упругости Свойства при сжатии: предел прочности модуль упругости Свойства при продольном изгибе: предел прочности Модуль упругости Свойства при поперечном изгибе …

Методы испытаний по ASTM армированных слоистых пластиков

ASTM D494. Экстракция в ацетоне расплавных или прессованных мате­риалов на основе фенольных смол; ASTMD1867. Медные проволоки, плакированные термореактивними лами - натами; ASTM D1823. Травление и очистка электроизоляционных материалов для плакирования …

Чувствительность к морской среде

В то время как наиболее благоприятное отношение прочности к массе у стеклопластиков дает нам основу для первоначального выбора этих материалов для судостроения, возможность исполь­зования этих материалов зависит от их стабильности …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

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