Материал: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория и технологии процессов производства, обработки и переработки композиционных материалов». Калгин А.В

5. Нажать кнопку «старт» (рис. 15).

Рис. 15. Запуск пресса

6. Пресс начнет выполнять программу со сведения пластин вместе. Последовательность задания программы приведена в описании к прессу (рис. 16).

Рис. 16. Общий вид панели управления прессом

7. После окончания прессования вынуть оснастку с сформованным полимерным композиционным материалом и разобрать технологический пакет, удаляя вспомогательные материалы.

8. Для удаления вспомогательных материалов шпателем подцепить угол технологического пакета и при его отслоении от оснастки резко дернуть вверх, отрывая его.

9. Достать формованный полимерный композиционный материал, в уголке ножиком подцепить жертвенные слои и при отслоении резким движением оторвать ткань от образца из полимерного композиционного материала.

4. Отчет о работе

Отчет о работе должен содержать:

1. Краткое описание технологии получения полимерных композиционных материалов методом прямого прессования от сборки пакета из препрега до образцов из полимерных композиционных материалов.

2. Технологическую схему.

3. График зависимости удельного давления прессования от времени прессования (рис. 17).

Рис. 17. Режимы прямого прессования

5. Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность метода прямого прессования?

2. Перечислить технологические операции сборки пакета из препрега и технологического пакета для формования полимерных композиционных материалов методом прямого прессования.

3. Рассказать об основных стадиях процесса прямого прессования.

4. Назвать технологические параметры прессования и дать рекомендации по их выбору.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие / М. Л. Кербер, В. М. Виноградов, Г. С. Головкин, Ю. А. Горбаткина, В. К. Крыжановский, А. М. Куперман, И. Д. Симонов-Емельянов, В. И. Халиулин, В. А. Бунаков. – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с.

2. Панова, Л. Г. Способы, технологии и оборудование переработки полимерных композиционных материалов методами прессования и литья под давлением: учеб. пособие / Л. Г. Панова, С. Г. Кононенко, Т. П. Устинова. – Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2001. – 119 с.

Лабораторная работа № 12

Определение пределов прочности при растяжении полимерных композиционных материалов

Цель работы: приобретение навыков по определению пределов прочности полимерных композиционных материалов при испытаниях на растяжение.

1. Краткие теоретические сведения

Получение изделий из ПКМ с заданными свойствами требует тщательного анализа каждого этапа их изготовления от анализа связующих до контроля качества изделий. Эта сложная многоуровневая задача решается комплексом современных методов исследования, которые регламентируются системами стандартов для определения технических характеристик связующих, препрегов и ПКМ. Среди разнообразных методов анализа свойств ПКМ методы статических одноосных механических испытаний являются наиболее важными, так как они дают точную оценку произошедшим изменениям в материале в результате внешних воздействий. Даже если другие методы указывают на неизменность свойств композитов в результате каких-либо воздействий, только методы статических одноосных механических испытаний могут дать однозначный ответ, сохраняет ли материал свою работоспособность. Без статических одноосных механических испытаний ПКМ не могут быть рекомендованы к применению.

К методам статических одноосных механических испытаний, в частности, относится метод испытания на растяжение. Метод испытания на растяжение ПКМ состоит в кратковременном растяжении образца из ПКМ с постоянной скоростью деформирования, при котором определяют предел прочности при растяжении σ_в как отношение максимальной нагрузки, предшествующей разрушению образца, к начальной площади его поперечного сечения. При таком испытании регистрируется удлинение Δl = l – l₀ в мм или линейная деформация ε = Δl/l₀ образца в % при изменении растягивающего напряжения σ = F/S в Па, где l₀ – исходная длина образца в мм, F – прикладываемая к образцу нагрузка в Н и S – исходная площадь поперечного сечения образца в мм². По этим данным может быть построена диаграмма растяжения (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма растяжения ПКМ

σ_упр – предел упругости ПКМ, σ_т – предел текучести ПКМ, σ_в – предел прочности ПКМ и σ_к – предел прочности ПКМ при разрыве

Для испытаний на растяжение одномерноармированных ПКМ применяют образцы в виде полос прямоугольного сечения с закрепленными на концах накладками (рис. 2).

Рис. 2. Образец из одномерноармированного ПКМ для испытания на растяжение

Для испытаний на растяжение ПКМ с укладкой армирующего материала, отличной от однонаправленной, применяют образцы в виде лопаток, форма и размеры которых приведены на рис. 3.

Рис. 3. Образец из двумерно- или трехмернонаправленного ПКМ для испытания на растяжение

2. Методика эксперимента

При проведении испытания на растяжение образец из ПКМ растягивают вплоть до разрушения вдоль продольной оси с помощью растягивающего приспособления испытательной машины (рис. 2, лабораторная работа № 10).

3. Порядок выполнения работы

Задание. Определение предела прочности при растяжении ПКМ

1. Измерить толщину a и ширину b образца.

2. Образец в захватах испытательной машины установить так, чтобы их продольные оси совпали с прямой, соединяющей точки крепления захватов в испытательной машине.

3. Для измерений удлинения/деформации на образец установить механические экстензометры или другие приспособления.

4. Равномерно нагрузить образец с заданной скоростью перемещения активного захвата машины 5-20 мм/мин вплоть до его разрушения.

5. Записать диаграмму растяжения σ = f(Δl) или σ = f(ε) и определить σ_в.

6. Повторить пункты 1-5 не менее чем для пяти образцов.

7. Вычислить среднее арифметическое значение σ_в для всех образцов.

8. Рассчитать среднеквадратичное отклонение σ_в по формуле

(1)

где n – число образцов, – предел прочности i-го образца и – среднее арифметическое результатов измерений для n образцов.

8. Рассчитать стандартное отклонение σ_в по формуле

(2)

9. Рассчитать коэффициент вариации σ_в по формуле

(3)

4. ОТЧЕТ О РАБОТЕ

Отчет о работе должен содержать:

1. Суть метода испытания на растяжение ПКМ. Формулу для расчета предела прочности ПКМ.

2. Диаграммы растяжения для испытанных образцов ПКМ.

3. Результаты испытаний, оформленные в виде таблицы.

4. Вывод.

Результаты испытаний на растяжение образцов из ПКМ

5. Контрольные вопросы

1. Чем объясняется широкое применение статических одноосных механических испытаний для организации контроля качества ПКМ?

2. В чем состоит метод испытания на растяжение ПКМ?

3. Дать определение предела прочности при растяжении ПКМ? Как он рассчитывается?

4. Что представляет собой диаграмма растяжения ПКМ, и какие характеристики из нее можно извлечь?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 25.601-80. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах. – Введ. 1981–07–01. – М: Государственный комитет СССР по стандартам, 1980. – 14 с.

Лабораторная работа № 13