SU1758476A1

SU1758476A1 - Образец композиционного материала с полимерной матрицей дл испытани на раст жение при нормальной и повышенной температурах

Info

Publication number: SU1758476A1
Application number: SU904776866A
Authority: SU
Inventors: Юрий Юрьевич Перов; Марк Робертович Гурвич; Петр Владимирович Мельников
Original assignee: Обнинское научно-производственное объединение "Технология"
Priority date: 1990-01-03
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Изобретение относитс к области физико-механических методов исследовани прочности полимерных композиционных материалов (ПКМ) ипредназначено дл определени прочности на раст жение при нормальной и повышенной температурах используемых и разрабатываемых, также изучени эксплуатационных свойств этих материалов. Целью изобретени вл етс повышение точности измерений при испытании ПКМ на раст жение Образец композиционного материала с полимерной матрицей имеет рабочую часть в виде пр моугольной пластины, захватные части и скрепленную с ними посредством сло св зующего накладку из материала пластины Накладки предназначены дл приложени раст гивающего усили . В местах контакти ровани пластины с кромками накладок слой св зующего между захватной частью и накладкой выполнен толщиной не больше минимального рассто ни между сло ми матрицы и размещен на рассто нии не меньше 4h от кромки накладки где h - толщина рабочей части, 2 ил сл

Description

Изобретение относитс к механическим испытани м материалов и может быть использовано при создании новых композитных материалов (КМ) и изучении эксплуатационных свойств этих материалов при раст жении при нормальной или повышенной температурах.

Из большого разнообрази образцов, используемых в насто щее врем дл определени прочности КМ при раст жении, следует выделить получившие наибольшее распространение, а именно: двусторонние лопатки, образцы-полоски, образцы-полоски с накладками.

Использование двусторонних лопаток хорошо зарекомендовавших себ при испытании изотропных материалов, натолкнулось на р д трудностей, св занных с особенностью строени армированных пластиков , а именно: склонность к скалыванию и продольному расслоению.

Стремление к унификации форм образцов , простоте их изготовлени привело к широкому внедрению образцов наиболее простой формы - полосок Такие оЬразцы обеспечивают наиболее стабильные изме рени , однако они тоже не недостатков . Главный из них i р дность обеспечени надежного креп io ич г испыXI

01 CD

5

о

тательной машине. Дл повышени надежности креплени и улучшени передачи раст гивающих усилий примен ют приклеенные к образцу накладки.

Наиболее полно вышеупом нутым требовани м , предъ вл емым к образцам, отвечает образец в виде полосы пр моугольного сечени с закрепленными на концах накладками. Накладки закреплены на поверхности образца с помощью кле .

Известен также образец со скошенной формой торца накладки, обращенного к рабочей части образца. Анализ распределени напр жений в образце методом конечных элементов показал, что на величину экстремальных напр жений и длину зоны краевого эффекта существенно вли ет форма торца накладки.

Кроме того, при испытани х образцов - полосок при повышенной температуре возникают дополнительные трудности, св занные с низкой термостойкостью клеевого сло . Проблема термостойкости клеевого сло решаетс в образце КМ в виде пр моугольной пластины и соединенных с ее захватными част ми накладок, содержащих ту же полимерную матрицу, что и у рабочей части образца, и выполненных заодно с образцом . Анализ распределени напр жений в образце такой формы показывает, что значени экстремальных напр жений в зоне краевого эффекта и длина этой зоны дл КМ с высокой анизотропией свойств недопустимо веники. Технологически неосуществимым оказошаетс изютовление фаски. Более того, возникают дополнительные концентраторы напр жений, а именно, натеки св зующего в зоне опасного сечени 5.

Цель изобретени - повышение точности измерений при испытании образца путем уменьшени вли ни концентрации напр жений, возникающих з местах контактировани пластины с кромками накладок. Предлагаемый образец КМ с полимерной матрицей дл испытани на раст жение при нормальной и повышенной температурах содержит рабочую часть в виде пр моугольной пластины, захватные части и скрепленные с захватными част ми посредством сло св зующего накладки из материала пластины дл прилохчени раст гивающего усили , причем слой св зующего между захватной частью и накладкой выполнен толщиной не больше минимального рассто ни между сло ми матрицы и размещен на рассто нии не меньше 4h от кромки накладки, где h - толщина рабочей части.

На фиг.1 показана конструкци образца-прототипа . Образец состоит из рабочей части 1, захватных частей 2 и накладок 3, скрепленных с захватными част ми 2 по- средством сло св зующего 4. На границах рабочей части 1 и захватных частей 2 в местах креплени накладок 3 образуетс зона опасного сечени 5.

На фиг.2 показана конструкци предла- 0 гаемого образца. Образец состоит из рабочей части 1, захватных частей 2 и накладок 3, скрепленных с захватными част ми 2 посредством сло св зующего 4. В зоне опасного сечени 5 создаетс зона непрокле 6 5 длиной не менее 4h, где h - толщина образца . Толщина сло св зующего 4 не должна превышать минимального рассто ни между сло ми матрицы.

Образец изготавливаетс следующим 0 образом.

Испытуемый углепластик представл ет композитный материал КМУ4Э-0.08, армированный углеродными волокнами ЭЛУР- 0,08. В качестве матрицы используетс 5 эпоксифенольное св зующее ЭНФБ. Углепластик выкладываетс по однонаправленной схеме накладки имеют армирование ( ±45и). За основное направление принимаетс направление при- 0 ложени нагрузки. Изготовление испытываемого материала, накладок и их склеивание производитс за один технологический переход по стандартной технологии изготовлени углепластика 5 КМУ-4Э 0,08 методом автоклавного формовани . Дл получени необходимой формы накладок (соблюдение геометрических размеров ) выкладку препрегов производ т в специальную пресс-форму. Непроклей в за- 0 вл емой конструкции создаетс за счет того , что в плоскость между углепластиком и накладками на длину 6 мм (отсчет ведетс от рабочей зоны) прокладываетс антиадгези- оньал фторопластова пленка марки 4МБ-А 5 толщиной 5 мкм. Выбранна толщина пленки , определ юща толщину непрокле , дл данного материала на 3 мкм меньше минимальной межслойной толщины матрицы.

Были проведены сравнительные испы- 0 тани на образцах по прототипу и на за вл емых образцах. Изготавливались две пластины: перва по конструкции соответствовала образцу-прототипу, втора - за вл емой конструкции. Дл обеих пластин 5 использовались идентичные препреги. Дл исключени вли ни побочных факторов формовани производилось в одном технологическом пакете за один и тот же технологический переход. После формовани плиты разрезались на образцы специальным алмазным инструментом без применени СОЖ. Геометрические размеры образцов отвечали требовани м ГОСТ 25.601-80: толщина углепластика 1,2 ±0,02 мм, толщина накладок 2,4 ±0,5 мм, их длина - 90 мм.

Испытани образцов проводили на универсальной разрывной машине фирмы Ин- строн (модель 1185) с применением самозат гивающихс захватов. Скорость перемещени подвижной траверсы мм/мин.

Характер разрушени образцов подтверждает , что в случае образца-прототипа разрушение происходит в зоне вли ни концентраций напр жений, т.е. вблизи накладок , а в предлагаемом образце - в цент- ральной части, следовательно, концентаторы напр жений вблизи наклад- ки не оказывают вли ни или отсутствуют. Анализ результатов испытаний показал что предлагаемый образец в большей степени реализует прочность исследуемого материала (средние значени прочности, опреде- ленные с помощью за вленного образца, на 20% выше прочности,определенной на образцах прототипа) при повышении точности измерени .

Claims

Таким образом, предлагаемый образец позвол ет существенно повысить точность определени физико-механических характеристик КМ по сравнению с образцом-прототипом путем уменьшени вли ни экстремальных напр жений, сохран при этом его преимущества, а именно технологичность изготовлени и надежность при испытани х при повышенной температуре. Формула изобретени Образец композиционного материала с полимерной матрицей дл испытани на раст жение при нормальной и повышенной температурах, содержащий рабочую часть в виде пр моугольной пластины, захватные части и скрепленные с захватными част ми посредством сло св зующего накладки из материала пластины дл приложени раст гивающего усили , отличающийс тем, что, с целью повышени точности путем уменьшени вли ни концентрации напр жений в местах контактировани пластины с кромками накладок, слой св зующего между захватной частью и накладкой выполнен толщиной не больше минимального рассто ни между сло ми матрицы и размещен на рассто нии не меньше 4h от кромки накладки, где h - толщина рабочей части.

фиг.1

/

Фиг. 2