Справочник по композиционным материалам

Влияние степени наполнения

Содержание стекловолоконного компонента (массовая доля стекловолокна) может составлять 60 % содержания связующего, || что эквивалентно 50 %-ному объемному содержанию стеклово-|| локна. Содержание стекловолокон в промышленных сортах СНТП Ч обычно находится в пределах 20 ... 40 % (массовая доля). Опти­мальное содержание армирующего компонента определяется сле­дующими параметрами: заданным уровнем прочности материала, уменьшением прочностных характеристик с ростом содержания стекловолокон, стоимостью композита и легкостью переработки.

В табл. 7.5 приведены данные об изменении механических свойств СНТП из нейлона 66 в зависимости от содержания стекло­волокна [16], которое изменялось в пределах 0 ... 60 % (массо­вая доля).

7.5. Влияние содержания стекловолокна на физико-механические свойства нейлона 66

Свойства

Массовая доля стекловолокна VCB_ н %

0

10

20

30

40

50

60

Плотность, кг/м3

1140

1210

1280

1370

1460

1570

1700

При растяжении:

Предел текучести, МПа

83

90

131

172

214

221

228

Удлинение, %

60

3,5

3,5

3,0

2,5

2,5

1,5

При изгибе:

Предел текучести, МПа

103

138

200

234

290

317

345

Модуль упругости, ГПа

2,8

4,1

6,2

9,0

11,0

15,2

19,3

При сжатии:

Предел текучести, МПа

34

90

159

186

193

200

207

Теплостойкость (температура

66

243

246

252

260

260

260

Потери формы), °С

Коэффициент линейного расши­

8,1

2,9

2,5

2,3

2,2

1,8

1,6

Рения, 10?, £-05, м/м/°С

Влагопоглощение за 24 ч, % Усадка расплава, 103, £-03, м/м

1,6

1,1

0,9

0,9

0,6

0,5

0,4

15

6,5

5,0

4,0

3,5

3,0

2,5

Влияние содержания (массовой доли FCB. м) стекловолокна на механические свойства СНТП с нейлоном 6 и поликарбонатом приведены на рис. 7.2 и 7.3 по данным [17]. Другие термопласты ведут себя аналогично. Вначале предел прочности при растяже­нии СНТП возрастает, а затем с увеличением содержания волокна рост прочности замедляется. Зависимость модуля упругости при растяжении для СНТП от содержания волокна сходна с анало­гичной зависимостью для прочности, но кривая для модуля более полога.

Изменение прочности при изгибе и изменение модуля упруго­сти при различном содержании стекловолокна почти идентичны аналогичным зависимостям этих свойств при растяжении. Однако для всех видов термопластов воз­растание прочности на изгиб при увеличении содержания волокна происходит быстрее. В отличие от этого прочность при сжатии изменяется медленнее, чем при изгибе и растяжении. Уменьше­ние влияния на физико-механиче­ские свойства волоконной компо­ненты при больших нагрузках, особенно при испытаниях на рас­тяжение, может быть результа­том наличия конгломератов во­локон, плохого перемешивания со связующим матрицы, что при­водит к возникновению сдвиговых напряжений.

Определение ударной вязко­сти (ударной прочности) при ис - • ностн 0в и модуля упругости Е пытаниях образцов С надрезом (2) при растяжении от содержания дает различные результаты для стекловолокна (массовая доля) разных СНТП. Ряд термоплас - VCB. м в СНТП иа основе иейлоиа 6

Тов характеризуется линейной

Бе, МПа

Е, ГПа

О ю го зо чо усвм,%

Рис. 7.2. Зависимость предела проч-

Зависимостью ударной вязкости от содержания стекловолокна, а для других эта зависимость экстремальна. Для некоторых связующих наблюдается обратный эффект — падение ударной вязкости с ростом содержания волокна. Одни материалы, подвер­гавшиеся исследованиям на ударную вязкость, были более жест­кими, чем исходные связующие, другие с ростом содержания волокна характеризовались большей хрупкостью. Для всех этих материалов более информативным является определение ударной вязкости на образцах без надрезов. Измерения продольной удар­ной вязкости показывают высокую чувствительность ряда СНТП к скорости деформирования. Особенно это касается жестких термо­пластов и композитов. На рис. 7.4 показана зависимость ударной вязкости (определенной на образцах с надрезом) от содержания

Рнс. 7.3. Зависимость предела прочности ав (1) и модуля упругости Е (2) при растяжении от содержания стекловолокна Усв. м в СНТП на основе поликарбоната

Рис. 7.4. Зависимость ударной вязкости по Изоду а от содержания стекло­волокна fCB. м в СНТП со связующими:

1 — полипропиленом (прямое прессование) [61; і —• поликарбонатом (полнкарбофилом) [171; 3 — нейлоном 66 (Ннафнл G-1) [171; 4 — нейлоном 6—ЛНП (LNР); 5 — САН (SANl прямое прессование І61

Стекловолокна в различных материалах. Два компаунда из них были получены плавлением смеси, остальные — методом предва­рительного гранулирования.

Рис. 7.5. Зависимость модуля упругости при изгибе £и от времени t для СВТП на основе нейлона 66 (Ниафил G-1-30) (а) и поликарбоната (ПоликарбофиЛ

2

3

І і і і

6,1 V г. і

О 20 to ВО 80 t,4 0 20 40 ВО 80 t ч а) В)

Ползучесть термопластов под различными нагрузками сни­жается с ростом содержания стекловолокна. На рис. 7.5 приведено изменение во времени модуля упругости при изгибе СНТП на основе нейлона 66 и поликарбоната по сравнению с модулем исходных термопластов [17]. Рис. 7.6 иллюстрирует динамику изменения стрелы прогиба образца стеклонаполненного поли­са, ГПа

1 — 55,2 МПа. 23 ?С; 2 — 65,2 МПа, S3 °С; 3 — ненаполненная смола ОРЯ 13,8 МПа

Н 23 °С

Е, т

Б в, МПа

138

168

Рис. 7.6. Кривые длительной ползучести (изменение стрелы прогиба Д/ во вре. мени t) при напряжении: 1 — 13,8; 2 — 3,4 МПа

Рис. 7.7. Результаты испытаний иа длительную ползучесть прн изгибе [зави­симость деформации еи от времени t при температуре 125 °С в отсутствие влаги; материал образца Цител 70 G-33-HSI-L (иейлои 66 4- 33 % стекловолокна фирмы «Дюпон»)] при напряжении: 1 — 20,7; 2 « 6,9; 3 — 3,4 МПа

Рис. 7.8. Температурная зависимость предела прочности при растяжении ств образцов СВКМ «Зител 70-G-33» (нейлон 66 4- 33 % стекловолокна) прн раз­личной относительной влажности ф: 1 •—> сухой материал; 2 Ф = 50 %; 3 —• Ф = 100 %

Эфира при двухопорном прогибе под действием силы тяжести [18]. Изменение деформации изгиба во времени для стеклонаполненного (массовая доля Усв. м = 30 %) нейлона 66 при 125 °С показано на рис. 7.7 [19]. Значения релаксации напряжений для ряда теплостойких наполненных и ненаполненных связующих при 23 °С и при 149 °С представлено в табл. 7.6 [20]. Для большинства ненаполненных термопластов модуль ползучести (оцениваемый по кривым напряжение — дефор­мация ползучести) зависит от бв>МПа п{ " " ■

О woo гооо зооо шо t, v

-Ї6 -18 10 38 66 93 121 т;с

Ж

Рис. 7.9. Кривые старения образцов «Зител 71-G-33» (нейлон 66 - J- 33 % стекло­волокна). Зависимость предела прочности при растяжении <тв от времени ста­рения t при температуре: г — 157; 2 — 170; 3 — 190 "О

7.6. Релаксация продольных напряжений в наполненных'и ненаполненных теплостойких связующих прн напряжении 17,2 МПа

Падение напряжения, %, через время, ч:

1

5

15

1

5

15

При 23

С

При 49 °С

'св. и, %

Исходное связующее

ЭТФЭ ФЭП

По л ифен и л енсу льфид Полиэфирсульфон Нейлон 66 Полиэфир Полисульфон Пол ним ид Полиамид-имид Полиарилсульфон Пол и-п-оксибензоат

20

12,0

17

21

30

32

38

20

20,0

31

38

НВ

НВ

НВ

40

2,0

5

9

28

28

28

40

7,0

12

16

52

63

70

50

2,0

5

8

17

: 22

24

40

9,0

20

28

54 '

T 58

74

40

5,0

9

14

НВ

НВ

НВ

30

7,0

14

19

38

40

43

0

0,5

1

2

3

4

8

0

5,0

7

11

7

10

16

0

8,0

И

16

40

42

48

Примечание. НВ — не выдерживает нагрузку; ФЭП — фторирован­ный сополимер этиленпропилен; ЭТФЭ —■ сополимер этилентетрафторэтилен.

7.7. Предел прочности прн растяжении наполненных н ненаполненных теплостойких термопластов прн повышенных температурах

МПа, при Т,

°С

Исходное связующее

^св. м-

23

93

149

177

204

232

TOC o "1-3" h z ЭТФЭ 20

ФЭП 20

Полифениленсульфнд 40

Полиэфирсульфон 40

Нейлон 66 50

Полиэфир 40

Полисульфон 40

Полним ид 30

Полиамид-имид 0

Полиарисульфон 0

Пол и-я-оксибензоат 0

77,9

47,2

27,6

13,8

РН2

РН

34,5

29,0

15,9

8,3

РН

РН

160

77,2

55,8

33,1

7,7

РН

157

134

90,3

33,8

21,4

РН

215

110

85,5

50,3

15,2

РН

134

51,0

28,3

4,1

РН

РН

119

103

15,9

7,6

РН

РН

89,6

42,7

33,1

21,4

15,9

12,4

189 1

137

112

78,6

56,5

47,6

76,5

71,7

60,0

51,0

39,3

22,1

95,8

77,2

64,1

53,8

44,1

26,9

1 После предварительного отжига. 1 РН — разрушается под нагрузкой.

Стекловолокнами связующих АБС, САН, полистирола и наполне­ние на 15 % нейлона 6 делают для этих СВКМ независимым от нагрузки модуль ползучести вплоть до напряжений 34,5 МПа [21 ]. При 40 %-ном наполнении при напряжении 34,5 МПа поли-; стирол, жесткий поливинилхлорид, полисульфон и поликарбонат имеют совсем незначительную ползучесть даже после 1000 ч на- гружения [22]. 170

7.8. Предел прочности при растяжении наполненных и иенаполненньи теплостойких связующих после термостарения Прн 260 °С і'йі Ї. <

Исходное связующее с®; м /о

В, МПа,

Через время,

А

100

250

500

750

1000

150Q

ЭТФЭ

20

77,9

79,3

69,0

48,3

34,5

26,2

15,9

ФЭП

20

34,5

35,2

33,1

32,4

32,4

31,7

31,0

Полифениленсульфид

40

160

113

110

107

103

100

95,2

Пол иэф ир сул ьфон

40

157

108

102

98,6

94,5

84,1

72,4

Полиимид

30

89,6

103

98,6

92,4

88,3

82,7

77,2

Полиамид-нмид

0

189

188

183

179

169

162

152

Полиарилсульфон

0

90,3

79,3

72,4

69,0

65,5

57,9

52,4

Поли-п-оксибензоат

0

159

124

112

110

107

104

89,6

Нейлон 66

50

214

121

11,0

64,8

Полиэфир

40

152

Пл *

Полисульфон

40

140

Пл

—1

—1

* Пл — плавление.

Значения прочностных свойств наполненных и ненаполненных термопластов (см. табл. 7.6) при повышенных температурах при­ведены в табл. 7.7 [20]. Эффект термостарения при 260 °С иллю­стрируется данными табл. 7.8 [20]. Испытания проводились при 23 °С. Характерные зависимости тех же параметров для СВКМ на основе нейлона 66 представлены на рис. 7.8 и 7.9 соответственно [19]. Кривые зависимости напряжение — деформация, получен­ные при различных температурах для СНКМ (СНТП) на основе нейлона 66 приведены на рис. 7.10 [19]. На рис. 7.11 приведены

Рнс. 7.10. Зависимость напряжения а—деформация 8 для СНТП при различ­ных условиях испытаний:

А — «Знтел 70-С-ЗЗ»; б — «Зител 71-G-33» (нейлон 66 + 33 % стекловолокна); 1, 2, І, 5 — сухой материал; 3 — относительная влажность Ф = 50 %; температура: 1 —40; 2 — +23; 3 Н23; 4 — +93; 5 — +149 °С

138

ПО

28

55

83

-18 38 93 149 204 Г,"С

Рис. 7.11. Зависимость предела прочности ств при растяжении СНТП с поли - феиилеисульфидом от температуры Т:

I » наполнен 40 % стекловолокна; 2 ненаполненный полимер ІІ8І

Рнс. 7.12. Зависимость предела прочности тсд при сдвиге СНТП от температуры Т:

I — «Зител 70-G-33» (нейлон 66 + 33 % стекловолокна); 2 — «Знтел 70-0-43» (нейлон 66 + 43 % стекловолокна); 3 — «Знтел 77-0-33* (нейлон 612 + 33 % стекловолокна)

Кривые зависимости прочности от температуры для наполненного и ненаполненного полифен ил енсульфи да. Влияние температуры на сдвиговые свойства трех СНТП из нейлона представлено на рис. 7.12 [191.

Изменение прочностных характеристик СНТП из нейлона 66 с двумя различными степенями наполнения и нейлона 612 со сте­пенью наполнения Усв. м = 33 % в зависимости от относительной влажности образцов, показано на рис. 7.13 [19].

Тсд, МПа

-40 4 49 S3 Т,°С

Бв, МПа

О 20 40 60 80 <р,%

83 55

Рис. 7.13. Зависимость предела прочно­сти прн растяжении ав от относительной влажности образца (р для СНТП «Зи - : тел 70-G-43» (нейлон 66 + 43 % стеклово-; локиа) (/); «Зител 77-0-33» (нейлон 612 + , + 33 % стекловолокна) (2), «Зител 701 0-43» (нейлон 66 + 33 % стекловолокна)!

J

Типичные усталостные кривые (напряжения, растяжения и сжатия — число циклов) для двух композитов с нейлоном пред­ставлены на рис. 7.14 [19].

55

Б, МПа

1

Рис. 7.14. Сопротивление усталости при напряжениях растяжения—сжатия <7, частоте циклов / = 1800 мин-1 и числе циклов п для СНТП:

1, 2 — «Знтел 70 0-33»: З, 4 — «Знтел 71 0-33* (нейлон 66 + 33 % стекловолокна)! 1, 3 — сухне образца; 2, 4 относительная влажность ф = 50 %

Рис. 7.15. Зависимость предела прочности при растяжении <тв от времени I в процессе экспозиции при климатических испытаниях (шт. Флорида) образцов СВТП:

1 — «Знтел 70 0-33»; 2 — «Знтел 71 0-33* (нейлон 66 + 33 % стекловолокна); 3 — «Знтел 70 0-13»; 4 — «Знтел 71 0-13* (нейлон 66 + 13 % стекловолокна)

Действие климатических факторов на предел прочности при растяжении для ряда композитов с нейлоном при экспозициях до 3 лет показано на рио. 7.15 [19].

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.