Материал: Отчетная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов

Установлено, что пик на зависимости (T) при температуре Т = 164 °С соответствует сегнетоэлектрическому фазовому переходу второго рода (рис.1) [1]. Температура пика на зависимости tgδ(T) (рис. 1) немного смещена в область более низких температур. Поэтому предполагается, что потери в исследуемом материале связаны с доменной структурой. На полевых зависимостях tgδ видно, что есть некоторое пороговое поле при котором начинается резкий рост потерь (рис. 2). Для объяснения полученных результатов использовался подход [2].

, (1)

Оценка силы взаимодействия стенки с дефектом дает, величину f_i порядка 1∙10^-13 Н.

Работа выполнена при финансовой поддержке по гранту РФФИ № 13-02-97506 - р_центр_а.

Литература

1. Струков Б.А., // Известия Академии наук СССР. 1977. Т. 41. № 4. С. 692.

2. Гриднев С.А., // ФТТ. 1986. Т.28. №7. С. 2009-2014.

УДК 678

Технология получения углеродной однонаправленной ленты аналога уол-300-2-3к

К.С. Габриельс, О.А. Караева, Д.В. Полухин

НВЛ «Композиционные материалы»

Последние годы характеризуются всплеском интереса к углепластикам, которые, благодаря высокой прочности и низкой удельной плотности, по сравнению с металлическими конструкциями, находят широкое применение в авиастроении, автомобилестроении и других областях производства. Среди довольно скудного разнообразия углеродных лент, используемых в качестве наполнителей углепластиков, наибольшее распространение в России получила углеродная однонаправленная лента конструкционного назначения УОЛ-300-2 на основе углеродных крученых нитей отечественного производства УКН 3К или УКН 6К. К недостаткам углеродных нитей УКН можно отнести низкие прочностные характеристики и высокую стоимость. В то же время западные аналоги углеродных нитей УКН обладают большей жесткостью, значительной прочностью при растяжении и сжатии и существенно дешевле по сравнению с нитями УКН.

Целью настоящей работы являлось получение аналога углеродной однонаправленной ленты УОЛ-300-2, с использованием высокомодульных нитей иностранного производства на примере нитей TOHO TENAX 3К. В основе метода лежит изготовление текстильных структур полотняного переплетения углеродных нитей TOHO TENAX 3К и стеклянных нитей ВМПС-8, расположенных друг относительно друга в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Аппаратная схема ткацкой линии DORNIER показана на рис. 1. Нити основы TOHO TENAX 3К (2), сматываемые с бобин на шпулярнике (1), проходили через концентрирующее бердо (3), огибали натяжной барабан товарного регулятора (4) и скало (5). Далее, они проходили через глазки галев ремизных рам (7), перемещающих нити основы в вертикальном направлении для образования зева. В зев рапирой (10) вводилась уточная нить ВМПС-8, которая прибивалась к опушке ленты бердом (8), совершающим возвратно-поступательное движение. У опушки ленты нити основы, переплетаясь с нитью утка, образовывая аналог УОЛ-300-2, который огибал грудницу, вальян (11), направляющие валики (14) и наматывался на товарный вал (15).

Поскольку аналог ленты УОЛ-300-2 составляли нити TOHO TENAX 3К с линейной плотностью 200 текс, а в качестве уточной нити была использована ВМПС-8 с линейной плотностью 56 текс, то для получения ленты с поверхностной плотностью 222±8 г/м² было использовано ткацкое бердо ZANFRINI 0,31-11-95-1045. Результаты измерение реальной плотности ленты соответствуют данному интервалу значений. Внешний вид полученного аналога УОЛ-300-2 показан на рис. 2.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки в рамках госзадания на НИР университету на 2014 г.

УДК 678

Технология получения препрегов на основе аналога углеродной однонаправленной ленты уол-300-2-3к и связующего эдт‑69н

К.С. Габриельс, О.А. Караева, Д.В. Полухин

НВЛ «Композиционные материалы»

Получение высококачественных препрегов на основе новых типов армирующих наполнителей и связующих является актуальной задачей в сфере изготовления полимерных композиционных материалов (ПКМ). Поэтому настоящая работа посвящена отработке технологического режима получения препрега на основе аналога ленты углеродной конструкционной УОЛ-300-2-3К [1] с использованием высокомодульных нитей на примере нитей TOHO TENAX 3К и растворного эпоксидного связующего типа ЭДТ-69Н, а также исследованию механических свойств полученных образцов ПКМ.

Получение препрега на основе растворного эпоксидного связующего ЭДТ-69Н и наполнителя в виде аналога ленты УОЛ-300-2-3К осуществляется методом пропитки армирующего материала из раствора связующим. Аналог ленты УОЛ-300-2-3К погружают в ванну с растворным связующим с последующим удалением растворителя из препрега путем термической обработки.

Рулон аналога углеродной однонаправленной ленты УОЛ-300-2-3К помещали на размотчик Р1. Далее ленту пропускали через систему узлов пропиточной линии таким образом, чтобы проходя каландр К1 она попадала в блок нанесения растворного связующего, где наполнитель погружался в ванну с эпоксидным растворным связующим ЭДТ- 69Н. Заданная температура и вязкость связующего контролировалась с помощью станции UNICA с измерителем и регулятором вязкости GAMA, которая подключена к ванне. После ванны лента пропускалась через отжимные валы, с заранее установленным зазором, каландр К2, где происходило удаление излишков связующего и возврат их в ванну. Зазор в каландре К2 выставлялся исходя из расчета планируемой концентрации связующего в растворители 50 % и содержании связующего 41±2 % масс.

Далее пропитанная лента УОЛ-300-2-3К сразу поступала в сушильную горизонтальную инфракрасную печь 2, которая оснащена двумя регулируемыми зонами нагрева. Основная масса растворителей в виде спиртово-ацетонной смеси удалялась в первой зоне, а во второй зоне препрег досушивался до допустимой остаточной концентрации летучих веществ 1-3 % масс.

Посушенный полимерный композит закрывался с двух сторон разделительной полиэтиленовой пленкой в зоне каландра К3. После этого препрег проходил через блок контроля качества поверхностной плотности препрега QMS-12 MAHLO, где осуществлялся непрерывный неразрушающий контроль поверхностной плотности получаемого материала. Прибор показывает значения суммарной плотности углеродной ленты и связующего, включая остаточный растворитель. Затем на каландре К5 препрег закрывался вспомогательным материалом и все сматывалось в рулон на товарном вале Нк.

Входной контроль полученного препрега осуществлялся методом экспресс-анализа. Параметры полученные данным методом соответствуют технологическим нормам, изначально заложенным в общих требованиях к препрегу, и имеют следующие значения: содержание связующего не более 41% масс., содержание летучих веществ не более 2,5 % масс.

Важнейшей частью анализа качества препрега является проверка его прочностных характеристик при растяжении и сжатии. Результаты испытаний прочностных характеристик при растяжении и сжатии образцов углепластика УОЛ-300-2-3К / ЭДТ-69Н проводились по методикам ASTM 6641 и ASTM 3039 на разрывных машинах семейства INSTRON. Полученные средние значения предела прочности при растяжении σ_раст = 1874 МПа, сжатии σ _сжат = 884 МПа.

Значения механических испытаний исследуемого материала для разных образцов изменяются незначительно. Можно говорить о стабильности прочностных свойств испытанных образцов ПКМ. Полученные величины не уступают значениям и даже по некоторым показателем прочностных характеристик выше, чем уже у существующих углепластиков на основе углеродных лент УОЛ-300-2.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки в рамках госзадания на НИР университету на 2014 г.

Литература

1. ТУ 1916-167-05763346-96, изменение № 4 ленты углеродные однонаправленные УОЛ

УДК 678

Исследование влияния температуры на прочностные характеристики полимерных композиционных материалов на основе препрегов марок кмку и лу/п при сжатии

М.Ю. Воскобойник, А.М. Кудрин, Е.В. Кулакова

НВЛ «Композиционные материалы»

Контроль физико-механических характеристик деталей и агрегатов на основе полимерных композиционных материалов (ПКМ) является серьёзным этапом в авиастроении.

Среди разнообразных методов анализа прочностных свойств ПКМ статические одноосные механические испытания на сжатие являются наиболее важными и информативными для практического использования углепластиков в определенных видах конструкций.

Для механических испытаний на сжатие были получены пластины ПКМ методом прямого прессования марки КМКУ-2М.120.Э0,1.45на основе клеевого связующего и марки ЛУ/П-0,1А на основе связующего ЭНФБ [1]. Из каждой пластины с помощью трехкоординатного фрезерного станка изготовлены образцы прямоугольной геометрической формы длиной 76 мм и шириной 12,7 мм, в соответствии с технологией получения. Механические испытания проводились на оборудовании Instron 5982 с использованием термокамеры Instron 3119-410 в температурном интервале от 20 ⁰С до 150 ⁰С с реперными точками 20 ⁰С, 120 ⁰С и 150 ⁰С в соответствии со стандартом ASTM D 6641 [2].

Предел прочности при сжатии σ, МПа определяли по формуле:

, (1)

где – наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца, кг и b·h – площадь поперечного сечения образца, мм².

Для каждой серии испытаний вычисляли среднее арифметическое всех полученных значений и записывали, как «среднее значение» для предела прочности.

Результаты приведены в таблице 1.

В соответствии с данными, полученными в ходе эксперимента, можно утверждать, что ПКМ на основе материала КМКУ-2М.120.Э0,1.45 на клеевом связующем превосходит по прочностным характеристикам материал ЛУ/П-0,1А на основе растворного связующего. Такие результаты указывают на возможность замены углепластика ЛУ/П-0,1А, композитом на клеевой основе в определенных видах конструкций.

Информация о механических показателях предела прочности при сжатии ПКМ под воздействием температуры представляет интерес для разработки высокотемпературных материалов и их внедрения в определенных областях авиапромышленности и самолетостроения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки в рамках госзадания на НИР университету на 2014 г.

Литература

1. ГОСТ 28006-88. Лента углеродная конструкционная. Технические условия. – М.: Госстандарт Союза ССР: Изд-во стандартов, 1988. – 15 с.

2. ASTM D 6641 – 01 « Standard test method for determining the compressive properties of polymer matrix composite laminates using a combined loading compression (CLC) test fixture».

УДК 537.31