CC BY
13УДК 678
Савельев А.В.
магистрант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (Россия, г. Москва)
Гребенева Т.А.
к.х.н., с.н.с. АО «Препрег-СКМ» (Россия, г. Москва)
СРАВНЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТЕКЛОПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИАКСИАЛЬНЫХ И РОВИНГОВЫХ ТКАНЕЙ
Аннотация: мультиаксиальные ткани привлекают к себе большой интерес при производстве полимерных композиционных материалов. В данной работе проведено исследование влияния типа тканевого армирующего наполнителя на механические характеристики стеклопластиков, продемонстрировано увеличение показателя прочности при изгибе при использовании для армирования пластиков мультиаксиальной ткани.
Ключевые слова: мультиаксиальные ткани, механические характеристики, полимерные композиционные материалы (ПКМ).
Введение
В последнее время при производстве полимерных композиционных материалов (ПКМ) наиболее перспективным стало использование в качестве армирующих наполнителей мультиаксиальных тканей.
Мультиаксиальные (МА) ткани представляют собой специальный текстильный материал, состоящий из нескольких слоев армирующих нитей, ориентированных в различных направлениях в соответствии с заданной схемой армирования. Слои МА
тканей скрепляются за счет прошивки полиэфирной или иной нитью. Применение таких текстильных материалов на основе множества армирующих слоев, прошитых между собой, позволяет снизить вес конечных изделий, понизить расход полимерного связующего, сделать процесс производства ПКМ более технологичным. Кроме того, МА ткани имеют высокую степень пропитываемости полимерными связующими по сравнению с ровинговыми тканями, что приводит к сокращению времени пропитки, а, следовательно, и продолжительности изготовления корпусных конструкций из ПКМ [1].
В сравнении с обычными тканями и лентами МА ткани обеспечивают более высокие физико-механические характеристики ПКМ на их основе при испытаниях на изгиб, сжатие, растяжение, а также улучшенные механические свойства сопротивляемости к переменным нагрузкам. Как правило, мультиаксиальные ткани используют в сложных композитных структурах, и они идеально подходят для высокопрочных композитов, где большой вес тканей, вместе с разнообразной ориентацией волокна под разными углами позволяет использовать меньшее количество слоев армирующего наполнителя [2].
Экспериментальна часть
В данной работе для исследования влияния типа ткани на механические свойства ПКМ были отформованы образцы методом вакуумной инфузии. Армирующие наполнители пропитывали эпоксидным связующим на основе бисфенола-А. В качестве армирующих наполнителей были использованы квадроаксиальная стеклянная ткань (См-44009) и стеклянная ткань-полотно (Ст-62004).
Для проведения механических испытаний были подготовлены две серии образцов. Геометрические размеры образцов, предназначенных для испытания на изгиб: длина 46 мм, ширина 15 мм, толщина 2,3 мм.
Полученные образцы испытывали по ГОСТу 4648 методом трехточечного изгиба на универсальной разрывной машине Zwick Z010 (скорость нагружения 1 мм/мин).
Обсуждение результатов
Испытания на изгиб - вид деформации, который характеризуется искривлением оси образца или срединной поверхности деформируемого образца под действием внешних сил. Образец, свободно лежащий на двух опорах, нагружали вертикально приложенной сосредоточенной нагрузкой в средине пролета между опорами до разрушения.
Результаты испытаний методом трехточечного изгиба изготовленных образцов представлены на рисунке 1 и таблице 1.
Удлинение шбаетт Уривдигийии
1 2
Рисунок 1. Графики испытаний двух серий образцов стеклопластиков на основе: 1 - квадроаксиальной ткани; 2 - ровинговой ткани.
Как видно из рисунка 1 предел прочности у образцов, армированных квадроаксиальной тканью достигает порядка 500 МПа, как у образцов из ткани-полотна максимальное значение равно 414 МПа.
Таблица 1. Результаты испытаний образцов стеклопластиков
Армирующий наполнитель Предел прочности при изгибе, МПа* Модуль упругости при изгибе, ГПа*
Квадроаксиальная ткань -1270-(+45/90/-45/0)-1060 544 17,9
Стеклянная ткань-полотно 386 18,3
* - среднее значение серии из 6-ти образцов
В таблице 1 представлены средние значения предела прочности и модуля упругости при изгибе двух серий образцов стеклопластиков. Предел прочности при изгибе выше у образцов, где в качестве армирующего наполнителя выступала квадроаксиальная ткань. Это обусловлено тем, что ткань армирована нитями различных направлений, что делает ее квазиизотропной по физико-механическим свойствам.
Ламинарная структура ткани способствует ускоренной инфильтрации полимерного связующего и равномерной пропитке, что делает получаемый пластик -низкопористым. Наличие слоев ±45° увеличивает предел прочности, но также увеличивает жесткость ткани, уменьшая модуль упругости. Поэтому модуль упругости при изгибе схож со значением для плетенной ткани.
Выводы:
На основании проведенных исследований установлено, что использование квадроаксиальной ткани при производстве стеклопластиков, увеличивает прочность при изгибе не менее, чем на 20%.
Список литература:
Mason K. Fiberglass multiaxials reinforce their market share. URL: https://www.compositesworld.com/articles/fiberglass-multiaxials-reinforce-their-market-share (дата обращения 10.09.2019).
Mattsson D. Mechanical performance of NCF composites. Division of Polymer Engineering Department of Applied Physics and Mechanical Engineering Lulea University of Technology. Sweden, Lulea, November 2005. 29 p.
