CC BY
14
УДК 629.072
ИСЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИЦИОНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СТЕКЛОВУАЛИ
Д. С. Вершинин, Я. Я. Волкова, В. К. Щеглов, М. И. Смирнова, А. В. Гирн
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: deniskin333@mail.ru
Изучена возможность замены наполнителя стеклоткань на стекловуаль. Проведено сравнение образцов композиционных материалов с различными схемами армирования. Выявлены преимущества, которые может дать полученный КМ в ракетном моделизме.
Ключевые слова: композиционные материалы, стекловуаль, прочность композиционного материала.
RESEARCH OF THE STREHGTH CHARACTERISTICS OF COMPOSITE MATERIALS BASED ON GLASS VEIL
D. S. Vershinin, Y. Y. Volkova, V. K. Shcheglov, M. I. Smirnova, A. V. Girn
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: deniskin333@mail.ru
This article presents the results of comparison of samples of composite materials with various reinforcement schemes and with different fillers (fiberglass, glass veil). The advantages that can give the composite material when using in rocket modeling are revealed.
Keywords: composite materials, glass veil, strength of composite material.
В современном мире композиционные материалы (КМ) находят широкое применение, что обусловлено наличием комплекса свойств, существенно отличающих их от традиционных конструкционных материалов. Прежде всего, это высокая прочность и низкая плотность [1]. Как и в ракетостроении, в ракетном моделизме КМ применяются довольно часто.
Несмотря на все достоинства таких материалов, остается актуальной проблема снижения массы композитов.
В данной работе исследованы прочностные свойства КМ, полученных при замене наполнителя стеклоткань на стекловуаль.
Стекловуаль - материал, состоящий из тонких, хаотично ориентированных нитей, скрепленных эмульсией. Плотность данного наполнителя составляет 15-50 г/см2 [2]. Имеет меньшую, чем стеклоткань, массу и хорошую пропитываемость, но также меньшую прочность.
В зависимости от того, какие тела необходимо получить, при изготовлении КМ используются технология формообразования намоткой или ручная выкладка [3].
Для проведения испытаний были предложены следующие схемы армирования (рис. 1, 2): для намотки - 3..8 слоёв стекловуали; для выкладки - 3 слоя ткани, стекловуаль - стеклоткань -стекловуаль (ВТВ), 3 слоя стекловуали.
По технологии формообразования намоткой были изготовлены трубы из стекловуали EST30M и эпоксидной смолы ЭД-20 с отвердителем Этал-45М. Из полученных труб были вырезаны опытные образцы (15^100 мм).
Ручной выкладкой были получены пластины по предложенным схемам армирования (рис. 2). В качестве армирующих материалов использовались конструкционная стеклоткань Т-13
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
и стекловуаль Е8Т30М, в качестве матрицы - эпоксидная смола ЭД-20 с отвердителем Этал-45М. Также были подготовлены образцы для испытаний (20^100 мм).
Рис. 1. Схема армирования для намотки: 2 - стекловуаль; п - количество слоёв.
Рис. 2. Схемы армирования для выкладки: 1 - стеклоткань; 2 - стекловуаль
47. ЯШа
60
1Г)
О
Зслои 4 слоя 5 очоен 6 слоев 7 слови Й слоен
Рис. 3. График зависимости прочности образцов (намотка) от числа слоёв наполнителя
Исследование механических свойств образцов производилось на универсальной электромеханической машине (Еиго1е81 Т-50). В ходе испытаний на растяжение снимались показания максимальной нагрузки, предшествующей разрушению образцов.
Предел прочности при растяжении рассчитывался по формуле ов = тах , где ^тах - мак-
$
симальная нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н; $ - площадь поперечного сечения образца, мм2.
Полученные результаты приведены на графиках и диаграммах (рис. 3, 4).
Средняя плотность образцов (выкладка): 3 слоя стеклоткани - 1516 кг/м3, стеклоткань - вуаль - стеклоткань - 1423 кг/м3, 3 слоя стекловуали - 1266 кг/м3. Значения, рассчитанные для образцов, полученных намоткой, находятся в тех же пределах.
Рис. 4. Диаграмма сравнения прочностей образцов (выкладка)
При замене армирующего материала (стеклоткани на стекловуаль) снижается масса КМ, а также его прочность. Тем не менее, для некоторых изделий полученная прочность удовлетворяет требованиям.
Замена КМ, используемого при изготовлении моделей ракет сейчас (3 слоя стеклоткани), на полученный в ходе исследования (3 слоя стекловуали), может позволить снизить массу модели на «27 %.
Однако в дальнейшем необходимо провести ряд испытаний, учитывая нагрузки, которые испытывает модель ракеты при старте и возвращении. В случае, если полученные данные будут удовлетворять требованиям, будет изготовлена опытная модель ракеты и проведены летные испытания.
Библиографические ссылки
1. Скворцов Ю. В. Конспект лекций по дисциплине механика композиционных материалов. Самара, 2013. 94 с.
2. Стекловуаль: понятие, область применения [Электронный ресурс]. URL: http://polimer-market76.ru/novosti/steklovual-ponyatie-oblast-primeneniya-otlichiya-ot-steklomata/ (дата обращения: 11.04.2018).
3. Батаев А. А., Батаев В. А. Композиционные материалы: строение, получение, применение : учебник. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2002. 384 с.
© Вершинин Д. С., Волкова Я. Я., Щеглов В. К., Смирнова М. И., Гирн А. В., 2018
