Физико-механические свойства углепластиков - Свойства и применение углепластиков
Уровень свойств углепластиков зависит от характеристик применяемых углеродных волокон, вида и текстурной формы армирующего наполнителя, упругопрочностных свойств полимерной матрицы, качества раздела "волокно-матрица", от технологии переработки и структуры армирования материала. Накоплен значительный объем информации о физико-механических свойствах эпоксидных углепластиков, их поведении при различных видах нагружения (статика, повторная статика, динамика) и деформировании (растяжение, сжатие, сдвиг, срез, смятие), а также о ресурсе и сроке их эксплуатации в различных изделиях. В таблице представлены данные о свойствах однонаправленных углепластиков.
Углепластики обладают достаточно высокой длительной прочностью и низкой ползучестью благодаря высокой жесткости и низкой деформагивности углеродных волокон. Коэффициент длительного сопротивления Rt углепластиков в диапазоне рабочих температур t = 80...200 °С и при длительности нагружения r = 500... 1000 ч при растяжении и сжатии составляет 0,5...0,9 % от величины кратковременной прочности материала. Ползучесть углепластиков при длительном нагружении нагрузкой, составляющей (0,4 -- 0,5) GВ, как правило, не превышает 0,1...0,5 %. Указанные характеристики благоприятно влияют на работоспособность материала при длительном нагружении с высоким уровнем действующих напряжений.
Углепластики обладают наибольшей среди известных КМ усталостной прочностью. Коэффициент усталостного сопротивления в зависимости от вида и степени асимметрии цикла равен (0.5...0,7) GВ, т. е. в 2-3 раза выше, чем у стеклопластиков, что связано также с высокими значениями модуля упругости углеродных волокон и как следствие более низким уровнем напряжений и меньшей повреждаемостью полимерной матрицы.
Выносливость углепластика может быть оценена через свойства и состав его компонентов следующим образом:
GR= GМ*GB* (EВ/EМ)*K.
Из уравнения следует, что усталостная прочность композита прямо пропорциональна прочности матрицы GМ и модуля упругости армирующих волокон ЕВ и обратно пропорциональна модулю упругости матрицы ЕМ. Коэффициент К характеризует степень использования прочности матрицы при циклическом нагружении и учитывает наряду с природой матрицы влияние технологии изготовления композита и уровень внутренних остаточных напряжений.
По сравнению с другими ПКМ углепластики обладают меньшей удельной ударной вязкостью, трещиностойкостью и остаточ - ностью к концентрации напряжений. Значительное влияние на чувствительность углепластиков к концентрации напряжений оказывает структура армирования и направление приложения нагрузки по отношению к ориентации волокон. углепластик эпоксидный смола
Так, при растяжении под углом ±45° к направлению армирования прочность углепластика очень мало зависит от размера концентратора. Мелкие дефекты, например, отверстия диаметром, не превышающим 4 мм, тоже почти не влияют на прочность углепластика квазиизотропной структуры как при кратковременном, так и при длительном статическом и усталостном нагружении.
Повышение остаточной прочности и вязкости разрушения углепластиков возможно путем создания гибридного (поливолокнистого) материала в виде чередования сплошных слоев углеродных и стеклянных, углеродных и органических наполнителей либо в виде периодически расположенных высокомодульных (борных) или низкомодульных (стеклянных с армированием ±45°) стопоров трещин. Применение высокомодульных стопоров приводит к перераспределению большей части нагрузки на стопоры в вершине трещины, а эффективность низкомодульных стопоров заключается в создании зоны низких напряжений с повышенной вязкостью разрушения, которая препятствует распространению трещины.
Ударную вязкость материала, пренебрегая прочностью матрицы, определяют параметром ((Ga)2/2Е)*VВ (где Ga -- реализованная прочность волокна в композите), поэтому для повышения ударной вязкости углепластиков целесообразно вводить в них высокопрочные, но низкомодульные волокна, какими являются стеклянные или органические волокна.
Демпфирующая способность углепластика определяется в основном рассеиванием энергии в матрице, сопровождающимся переходом существенно зависит от уровня нагружения, структуры армирования материала и рабочей температуры. Если однонаправленные углепластики имеют уровень демпфирующей способности вдоль волокон механической энергии в тепловую, химическую и электрическую, и 0,5... 1,0 %, то в диагонально-армированном углепластике она возрастает в 5-7 раз.
Рост механических потерь с увеличением температуры объясняется снижением модуля сдвига углепластика, что связано со значительными физическими изменениями, происходящими в полимерных связующих при повышении температуры. С уменьшением модуля сдвига наблюдается монотонное повышение коэффициента механических потерь.
Теплофизические характеристики углепластиков зависят от типа волокон, типа и объемного содержания матрицы, содержания пор в матрице, температуры испытаний. Для различных углепластиков они существенно не различаются и находятся в следующих диапазонах:
- - для коэффициентов теплопроводности 0,5... 1,0 Вт/м*С; - для коэффициентов термического расширения (-1,5.. .0,5)*10-6/°С; - для коэффициента теплоемкости 0,8... 1,5 ккал/кг * °С.
Имеющиеся сведения о поведении углепластиков под влиянием различных факторов внешней среды и в условиях, близких к эксплуатационным, могут быть использованы для прогнозирования их ресурсных характеристик.
Среди разнообразных видов воздействия наиболее опасным и отрицательно влияющим на структуру и свойства для всех ПКМ является климатическое термовлажностное циклирование, чередующееся или сочетающееся с рабочими тепловыми или механическими нагрузками. Свойства углепластиков в сухом состоянии при комнатной и повышенной температурах и после длительного термостарения изменяются незначительно. При совместном действии влаги и температуры наблюдаются структурные превращения в матрице и на границах раздела "волокно-матрица", вызывающие ухудшение характеристик. Механизм изменения свойств, обусловленный сорбцией влаги, связан с двумя основными процессами: потерями температурной прочности и жесткости вследствие пластификации матрицы в объеме и в приграничном слое и потерями из-за микро - и макрорастрескивания матрицы. В зависимости от типа материала их предельное влагопоглощение различается в 1,5--2 раза и составляет для наиболее влагостойких материалов 1 %.
Уровень безопасного содержания влаги в углепластиках составляет 0,6...0,7 %; дальнейшее увеличение содержания влаги может привести к снижению упругопрочностных характеристик углепластиков при максимальной рабочей температуре на 15.. .20 %.
Технологические приемы переработки углепластиков аналогичны технологии переработки СП. В зависимости от формы и геометрических размеров детали применяются соответствующие методы формования: прессование, автоклавное формование, намотка, пултрузия, вакуумное или пресскамерное формование, пропитка под давлением. Главное в технологическом процессе -- обеспечить выполнение требований к основным технологическим параметрам проведения режима формования (температура формования и скорость подъема температуры, величина и время приложения давления формования, время выдержки на отдельных режимах формования, скорость и температура охлаждения) [1].
Похожие статьи
-
Основные сведения - Свойства и применение углепластиков
Углепластики - композиты, содержащие в качестве наполнителя углеродные волокна. Этот сравнительно новый класс ПКМ получил в последние годы наиболее...
-
Исходя из области применения радиопоглощающих полимерных материалов, можно утверждать, что наряду с радиофизическими характеристиками огромное значение...
-
Серый чугун. Свойства, марки и области применения - Технологии машиностроения
Наиболее широкое распространение в литейном производстве получил сплав железа с углеродом и кремнием, известный под названием серого чугуна. Этот чугун...
-
Магний - металл серебристо-белого цвета с плотностью 1,74 Мг/м3 и температурой плавления 651 С; имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую...
-
Пластмассы. Основные характеристики пластмасс - Пластмассы. Их свойства и области применения
Пластические массы (пластмассы, пластики) -- материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления...
-
Связующие - Свойства и применение углепластиков
В качестве матриц (связующих) при изготовлении судовых конструкций используются преимущественно эпоксидные н полиэфирные синтетические смолы [6]....
-
Введение - Свойства и применение углепластиков
Композиционные материалы - это искусственные материалы, полу-чаемые сочетанием компонентов с различными свойствами. Одним из компонентов является матрица...
-
Современный технический прогресс текстильной промышленности связан с развитием ее техники и технологии. Для успешного управления технологическими...
-
Технология изготовления углепластика - Свойства и применение углепластиков
Углероное волокно является основой для производства Углепластиков (или Карбона , карбонопластиков) [3]. Существуют следующие основные методы изготовления...
-
Пластмассовые уплотнители и амортизаторы. - Пластмассы. Их свойства и области применения
Детали уплотнений из пластмасс находят очень широкое применение. Это объясняется тем, что пластмассы обеспечивают не только высокую герметичность...
-
Технологические свойства, Список используемой литературы - Область применения цементуемых сталей
Температура ковки, 0 С: начала 1250, конца 780 - 760. Охлаждение заготовок сечением до 100 мм производится на воздухе, сечения 101 - 300 мм - в мульде....
-
Результирующая вольт-амперная характеристика туннельного диода определяется комбинацией туннельных и тепловых свойств и имеет довольно необычный вид. В...
-
Истинная плотность полуводного гипса 2,65-2,75 г/см3. По срокам схватывания гипс делят на 3 группы (А, Б, В) Вид гипса Начало схватывания Конец...
-
Строение, Физические свойства - Целюллоза и ее применение
Молекулярная формула целлюлозы (-C6H10O5-) N, как и у крахмала. Целлюлоза тоже является природным полимером. Ее макромолекула состоит из многих остатков...
-
Пластмассовые антифрикционные материалы - Пластмассы. Их свойства и области применения
Из-за малого сходства с металлами и из-за больших упругих деформаций пластмассы в узлах трения менее чувствительны к схватыванию и задиранию, что резко...
-
В фрикционных узлах с небольшой тормозной мощностью используются пластмассы с асбестовым наполнителем. Температура нагрева для этих материалов не должна...
-
Свойства полимеров - Изготовление деталей из пластмасс
Все свойства полимеров зависят от их химического состава и молекулярной массы. Прочность, твердость, температура перехода, диэлектрическая проницаемость,...
-
Сталь 65Г. Состав, свойства, область применения - Область применения цементуемых сталей
Таблица 1 - Состав, свойства, область применения стали 65Г Сталь марка Температура испытания, ОС 20- 100 20- 200 20- 300 20- 400 20- 500 20- 600 20- 700...
-
Виды волокон карбона. Полотно - Свойства и применение углепластиков
Волокна могут быть короткими, резаными, их называют "штапелированными", а могут быть непрерывные нити на бобинах. Это могут быть жгуты, пряжа, ровинг,...
-
Пшеничная мука, химический состав и свойства При выработке мучных кондитерских изделий в основном используется пшеничная мука высшего и I сорта и в...
-
Для технологического процесса изготовления пластмасс наиболее важны физические и механические свойства пластических масс. В связи с этим рассмотрим...
-
Для исследования радиофизических свойств радиопоглощающих полимерных материалов в настоящей работе было рассмотрено влияния весовой концентрации...
-
Литье под давлением, Экструзия - Пластмассы. Их свойства и области применения
Литье под давлением применяют для формования термопластов. Исходный материал (гранулы, таблетки) подвергают нагреву до полного размягчения. Литьевая...
-
Химические свойства - Целюллоза и ее применение
Химические свойства целлюлозы определяются прежде всего присутствием гидроксильных групп. Действуя металлическим натрием, можно получить алкоголят...
-
Конструкционные стали и сплавы классифицируются по назначению на строительные (арматурные) и машиностроительные, которые, в свою очередь, подразделяются...
-
К технологическим свойствам пластмасс относят: текучесть, влажность, время отверждения, дисперсность, усадку, таблетируемость, объемные характеристики....
-
Технологические особенности получения и применения пластмасс
1. Общие сведения о пластмассе Пластмассами называют обширную группу органических материалов, основу которых составляют искусственные или природные...
-
Полиэтилентерефталат обладает высокой механической прочностью и ударостойкостью, устойчивостью к истиранию и многократным деформациям при растяжении и...
-
Понятие о сплавах - Металлы и их свойства
Характерной особенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или с неметаллами сплавы. Чтобы получить сплав, смесь металлов...
-
Композиционные материалы - Неметаллические материалы
Композиционные или композитные материалы - материалы будущего. После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины их...
-
Свойства титана Титан - металл серого цвета. Он имеет две полиморфные модификации. Отличительными особенностями являются хорошие механические свойства,...
-
Пластическими массами (пластмассами) называются материалы, получаемые на основе природных или синтетических полимеров. Они обладают рядом ценных свойств:...
-
Свойства масляных СОЖ условно разделяют на пять групп: физико-химические и функциональные свойства; химическая активность; эксплуатационные и...
-
В данной курсовой работе будут рассмотрены технологические процессы производства изделий из поливинилхлорида. Поливинилхлорид -- один из наиболее...
-
Диод Шоттки (назван в честь немецкого физика Baльтера Шоттки) - полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Диоды Шоттки...
-
Анализ конструкции (объекта дипломного проектирования) на предмет снижения ее массы, применения новых материалов, совершенствования конструктивных...
-
Физические свойства - Технология переработки нефти
Нефть - это Вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти черного цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией, более легкая...
-
Исследование радиофизических свойств ненаполненных полимерных пленок В настоящее время существует потребность в создании радиопоглощающих материалов для...
-
Синтетическая бумага - Выбор и свойства бумаги
Синтетической бумаге, наряду с печатными свойствами обычной бумаги, присущи качества синтетической пленки: износоустойчивость, эластичность и прочность....
-
Детекторы - Применение ионного микроскопа
СГИМ оборудован двумя детекторами: - детектором Эверхарта-Торнли для регистрации вторичных электронов[15] - микроканальной пластиной для регистрации...
Физико-механические свойства углепластиков - Свойства и применение углепластиков