Справочник по композиционным материалам

Воздействие влаги

Влага постоянно присутствует в любой окружающей среде, как в той, в которой получают композиционный материал, так и в той, где он всегда эксплуатируется. Влияние влаги на компо­зиционные материалы детально исследовано и известно, что она вызывает постепенное разрушение связующего. Влага находится в различных формах и со временем проникает во все органические материалы за счет процесса регулируемой диффузии, пока в ма­териале не будет достигнута равновесная концентрация влаги. Нагревание может вызвать структурные изменения в матрице, которые приводят к увеличению ее способности удерживать воду. Как правило, влага способствует ухудшению механических свойств матрицы. Удаление влаги из эпоксидных смол путем медленного высушивания матрицы приводит к восстановлению механических

Тс,°С

Воздействие влаги

Рис. 19.2. Зависимость температуры стек­лования тс эпоксидной смолы от содержа­ния влаги С

Свойств материала до ис­ходного уровня. Влага иг­рает роль эффективного пла­стификатора смолы, который размягчает матрицу и сни­жает ее температуру стекло­вания. В последнее время вследствие существенного увеличения объемов приме­нения пластиков на основе эпоксидных смол в авиаци­онно-космических аппара­тах особое внимание уде­лялось изучению влияния влаги w них. Можно счи--
тать установленным, что влага разрушает вторичные связи между полимерными цепями, но не оказывает влияния на основные связи. Этот процесс обратим и не вызывает фатального разрушения матрицы. Единственным следствием выявленных воздействий влаги на композиционные материалы является то, что конструктор должен рассматривать их во взаимодействии с другими факторами окружающей среды. Как показано на рис. 19.2, влага заметно снижает температуру стеклования поли­мерной матрицы. С ростом влажности температура стеклования Тс падает.

Влияние влаги на механические свойства эпоксидных смол, армированных стеклянным и углеродным волокнами, исследовано в недавних работах 114]. Композит. AS/3501-6 из эпоксидной смолы и углеродного волокна был изготовлен в виде 18-слойных (0°, 45°; 90°; 8; 8; 2) панелей и выдержан при следующих усло­виях: 60 °С, относительная влажность 98 % — влажностно-теп - ловое старение в течение 3 сут. при 60 °С и относительной влаж­ности 98 % — 2 ч при 127 °С. Увеличение влагосодержания материала в результате выдержки во влажной среде в течение 90 сут и после 40 циклов теплового воздействия показано на рис. 19.3 и 19.4.

Воздействие влаги

С

Рис. 19.3. Увеличение массового влагопоглощения С материалом Л5/3501-6, состоящим из эпоксидной смолы и углеродного волокна, в результате выдержки t во влажной среде при 60 °С и относительной влажности 98 %: і — без покрытия; 2,3 — покрытым фольгой соответственно после и во время отверждения; 4 — кривые, полученные непосредственным измерением; 5 — корректировка на коррозию фольги

І Л о, в о А

О

В результате поглощения влаги происходит снижение меха­нических характеристик композиционных материалов (табл. 19.1). Снижение сги при 127 °С после 90 сут. выдержки во влажной среде достигает 44 %, а после 40 термических циклов — 49 % (рис. 19.5). Соответствующее уменьшение предела прочности при горизон­тальном сдвиге при 127 °С составляет 51 и 56 % (рис. 19.6). Результаты этих исследований особенно важны для сверхзвуко­вых летательных аппаратов, когда температура окружающей среды на относительно короткое время достигает 127 °С. При использовании конструкций из улучшенных композиционных

Воздействие влаги

10

/5

Го

Г5

Зо

35

N

Рис. 19.4. Зависимость массоЕзго влагопоглощения С панелями (152,4Х 152,4 мі из эпоксидной смолы и углеродного волокна от числа термических циклов N (72 ч, 60 °С, относительная влажность 98 %; 2 ч, 127 °С):

1 ~ покрытыми материалом «Алюмазит-Z»; 2 — без покрытия; 3, 4 — покрытыми фоль» гой соответственно после и во время отверждения

Воздействие влаги

So

60

¥0

Го О

Атсд, %

-1

Г

Г

3

3

?

3

<

S?

Й5

О4

Й5

.5?

5?

Г-ч

Fv

*-•

45

Сі

СЗ

Сз

Сз-

Рис. 19.5. Сохранение процентной доли предела прочности при изгибе Аая при 127 °С слоистого пластика после выдержки в различных условиях (в процентах указано влагопоглощение): 1 — исходное значение сги = 100 %; 2 — после выдержки во влажной среде в течение1 90 сут; 3 — после 40 термических циклов; а — без покрытия; б, в — покрытого фольгой соответственно после и во время отверждения

19.1. Влияние влагозащитных покрытий на сохранение прочности материала из эпоксидной смолы и углеродного волокна

Покрытие алюминиевой

Фольгой

Без покрытия

После отверждения

Во время отвержде­ния

Параметр

А

A

Т в а. м

В! ІЛ

И

D*

В а

«а д

« м

О. ®

Ї7

»

И

Tr

А g

« д

1 м

Ft. ж flt U

F «) V

В со

В

А

Ss

ЇЧ

8 2 о. it:

А

А

&S

8 2 а ч

Ш *

В

Si ж

Ї5

2 g

§*

А в

Н ЕС

А 3

И в

« а

Н я

«2.

О

CJ о „,

ЧЇЇ

8-5

О п

Ч и 85

Н 3

«> я

Ч и 85

Is.

« о

В : «

И а

Ч и 8 в

С о

ISs

Ей

Ей

Продолжитель­

___

91

(40)

91

91

(40)

90

90

(39)

Ность выдержки,

Сут. (циклов)

Содержание нлагн,

%

1,4

1,4

0,2

0,7

1,1

0

0,5

0,5

А„ при 127 °С, МПа

1080

602

555

1045

1060

451

1231

1219

915

£ипри 127 °С, ГПа

52,8

46,4

44,3

4,5

50,6

39,4

50,0

56,3

121

Тсд (при горизон­

57,6

28,2

25,3

59,0

49,2

39,4

64,7

60,5

53,5

Тальном сдвиге) при

127 °С, МПа

Примечания. 1. Условия эксплуатации: контрольный образец — ны - сушенный; выдержка во влажной среде прн 60 °С, относительная влажность 98 %; одни термический цикл — выдержка 3 сут прн 60 °С и относительной влажности 98 %, после чего 2 ч при 127 °С.

2. Материал Л5/3501-6 с ориентацией 18слоев волокон (±4570790707±45°), состоящий из эпоксидной смолы и углеродного волокна.

3. Покрытия: после отверждения — алюминиевой фольгой 2024ТЗ толщиной 0,05 мм с обеих сторон композиционного материала; во время отверждения — сверху перфорированной фольгой 5036 толщиной 0,08 мм и снизу обычной фоль­гой 2024ТЗ толщиной 0,05 мм.

Материалов за пределами их расчетных возможностей необхо­димо защищать их от влияния влаги, приводящего к снижению прочности.

Разработано два метода нанесения покрытий, способных защитить ламинаты от проникновения влаги [14]. Оба способа основаны на использовании алюминиевой фольги, но в одном из них сплошная фольга наносится на отвержденный ламинат (вто­ричная операция склеивания), а во втором — соединяется с ла - минатом во время его отверждения. При использовании этих покрытий влагопоглощение армированных пластиков после вы­держки во влажной среде и после термических циклов умень­шается почти на 65 % (см. рис. 19.3 и 19.4). Последующие иссле­дования показали, что при окрашивании фольги падение влаго - поглощения может быть еще большим. Снижение влагопогло - Щения способствует лучшему сохранению прочностных свойств

10 П/р Да. Любина 289

& би, %

Рис. 19.6. Сохранение процентной доли предела прочности при горизонтальном сдвиге ДтСд ПРИ 127 °С слоистого пластика после выдержки в различных условиях (в процентах указано влагопоглощение):

1 — исходное значенне тСд — 100 %; 2 — после выдержки во влажной среде в течение 90 сут; 3 — после 40 термических циклов; а — без покрытия; б, в — покрытого фоль* гой соответственно после и во время отверждения

Композиционного материала (см. табл. 19.1). На рис. 19.5 пока­зано, как увеличивается сохранение прочности при изгибе, а на рис. 19.6 — сохранение прочности при сдвиге материала с покрытиями обоих типов после выдержки во влажной среде и термических циклов. Результаты еще ведущихся исследований говорят о том, что достигается еще больший эффект, если приме­нять окрашенную фольгу. Ранее проведенные на фирме «Грум - ман» и в других местах работы показали, что органические покры­тия не обеспечивают защиту от влаги изделий из эпоксидной смолы и углеродного волокна на том уровне, какой необходим для предотвращения критического снижения прочности в ре­зультате влагопоглощения.

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.