Образец композиционного материала с полимерной матрицей для испытания на растяжение при нормальной и повышенной температурах
Изобретение относится к области физико-механических методов исследования прочности полимерных композиционных материалов (ПКМ) ипредназначено для определения прочности на растяжение при нормальной и повышенной температурах используемых и разрабатываемых, я также изучения эксплуатационных свойств этих материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений при испытании ПКМ на растяжение Образец композиционного материала с полимерной матрицей имеет рабочую часть в виде прямоугольной пластины, захватные части и скрепленную с ними посредством слоя связующего накладку из материала пластины Накладки предназначены для приложения растягивающего усилия. В местах контакти рования пластины с кромками накладок слой связующего между захватной частью и накладкой выполнен толщиной не больше минимального расстояния между слоями матрицы и размещен на расстоянии не меньше 4h от кромки накладки где h - толщина рабочей части, 2 ил сл
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (л ОЭ, фь. ("4 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776866/28 (22) 03.01.90 (46) 30.08.92. Бюл. N . 32 (71) Обнинское научно-производственное объединение "Технология" (72) Ю.Ю. Перов, M.P. Гурвич и П.В. Мельников (56) Тарнопольский Ю.М„Кинцис Т.Д, Методы статических испытаний армированных пластиков, M.: Химия, 1975, с. 68-69. Мещеряков В.B. Свойства судостроительных. стеклопластиков и методы их контроля. M. Судостроение, 1974, с. 27 — 28, рис,б, (54) ОБРАЗЕЦ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕЙ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ НОРМАЛЬНОЙ И ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРАХ (57) Изобретение относится к области физико-механических методов исследования прочности полимерных композиционных Изобретение относится к механическим испытаниям материалов и может быть использовано при создании новых композитных материалов (KM) и изучении эксплуатационных свойств этих материалов при растяжении при нормальной или повышенной температурах. Из большого разнообразия образцов, используемых в настоящее время для определения прочности KM при растяжении, следует выделить получившие наибольшее распространение, а именно: двусторонние лопатки, образцы-полоски, образцы-полоски с накладками. „„Я2 ÄÄ 1758476 А1 материалов (ПКМ) ипредназначено для определения прочности на растяжение при нормальной и повышенной температурах используемых и разрабатываемых, а также изучения эксплуатационных свойств этих материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений при испытании ПКМ на растяжение. Образец композиционного материала с полимерной матрицей имеет рабочую часть в виде прямоугольной пластины, захватные части и скрепленную с ними посредством слоя связующего накладку из материала пластины. Э Накладки предназначены для приложения растягивающего усилия, В местах контакти рования пластины с кромками накладок слой связующего между захватной частью и накладкой выполнен толщиной не больше минимального расстояния между слоями матрицы и размещен на расстоянии не меньше 4h от кромки накладки, где h — толщина рабочей части, 2 ил. Использование двусторонних лопаток, хорошо зарекомендовавших себя при испытании изотропных материалов, натолкнулось на ряд трудностей, связанных с особенностьюстроения армированных пластиков, а именно: склонность к скалыванию и продольному расслоению. Стремление к унификации фл1Г>ч образцов, простоте их изготовления привело к широкому внедрению образцов наиболее простой формы — полосок. 1ак 1е образцы обеспечивают наиболее стабилен, а из 1ерения, однако они тоже не в1ш-. в> недостатков. Главный из них — - I>;>дность обеспечения надежного креп.>а:.; в г, и=пы1758476 20 тательной машине. Для повышения надежности крепления и улучшения передачи растягивающих усилий применяют приклеенные к образцу накладки. Наиболее полно вышеупомянутым требованиям, предъявляемым к образцам, отвечает образец в виде полосы прямоугольного сечения с закрепленными на концах накладками. Накладки закреплены на поверхности образца с помощью клея. Известен также образец со скошенной формой торца накладки, обращенного к рабочей части образца. Анализ распределения напряжений в образце методом конечных элементов показал, что на величи.ну экстремальных напряжений и длину зоны краевого эффекта существенно влияет форма торца накладки, Кроме того, при испытаниях образцов— полосок при повышенной температуре возникают дополнительные трудности, связанные с низкой термостойкостью клеевого слоя. Проблема термостойкости клеевого слоя решается в образце KM в виде прямоугольной пластины и соединенных с ее захватными частями накладок, содержащих ту же полимерную матрицу, что и у рабочей части образца, и выполненных заодно с образцом. Анализ распределения напряжений в образце такой фор ы показывает, что значения эксграмальных напряжений в зоне краевого эффекта и длина этой зоны для KM с высокой анизотропией свойств недопустимо валики. Технологически неосуществимым оказывается изготовление фаски, Более того, ьоэникают дополнительные концентраторы напряжений, а именно, натеки связующего в зоне опасного сечения 5. Цель изобретения — повышение точности измерений при испытании образца путем уменьшения влияния концентрации напряжений, возникающих в местах контактирования пластины с кромками накладок. Предлагаемый образец KM с полимерной матрицей для испытания на растяжение при нормальной и повышенной температурах содержит рабочую часть в виде прямоугольной пластины, захватные части и скрепленные с захватными частчми посредством слоя связующего накладки иэ материала пластины для приложения растягивающего усилия, причем слой связующего между захватной частью и накладкой выполнен толщиной не больше минимального расстояния между слоями матрицы и размещен на расстоянии не меньше 4h от кромки накладки, гда h — толщина рабочей части. На фиг.1 показана конструкция образца-прототипа. Образец состоит из рабочей части 1, захватных частей 2 и накладок 3, скрепленных с захватными частями 2 посредством слоя связующего 4. На границах рабочей части 1 и захватных частей 2 в местах крепления накладок 3 образуется зона . опасного сечения 5. На фиг,2 показана конструкция предлагаемого образца, Образец состоит из рабочей части 1, захватных частей 2 и накладок 3, скрепленных с захватными частями 2 посредством слоя связующего 4. В зоне опасного сечения 5 создается зона непроклея 6 длиной не менее 4h, где h — толщина образца. Толщина слоя связующего 4 не должна превышать минимального расстояния между слоями матрицы. Образец изготавливается следующим образом. Испытуемый углепластик представляет композитчый материал КМУ4Э-0,08, армированный углеродными волокнами ЭЛУР0,08. В качестве матрицы используется эпоксифенольное связующее ЭНФБ. Углепластик выкладывается по однонаправленной схеме (0 )14; накладки имеют армирование ((45 )з)в. За основное направление принимается направление приложения нагрузки. Изготовление испытываемого материала, накладок и их склеивание производится за один технологический переход по стандартной технологии изготовления углепластика KMY — 4Э вЂ” 0,08 методом автоклавного формования. Для получения необходимой формы накладок (соблюдение геометрических размеров) выкладку препрегов производят в специальную пресс-форму. Непроклей в заявляемой конструкции создается за счет того, что в плоскость между углепластиком и накладками на длину 6 мм (отсчет ведется от рабочей зоны) прокладывается антиадгезионная фторопластовая пленка марки 4МБ-А толщиной 5 мкм. Выбранная толщина пленки, определяющая толщину непроклея, для данного материала на 3 мкм меньше минимальной межслойной толщины матрицы. Были проведены сравнительные испытания на образцах по прототипу и на заявляемых образцах. Изготавливались две пластины: первая по конструкции соответствовала образцу-прототипу, вторая — заявляемой конструкции. Для обеих пластин использовались идентичные препреги. Для исключения влияния побочных факторов формования производилось в одном технологическом пакете за один и тот же технологический переход, После формования плиты раэразались на образцы специальным ал1758476 Составитель Ю.Перов Редактор Л.Веселовская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M.Ïåòðoâà Заказ 2992 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК> i l СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Га а ь н 101 мазным инструментом без применения СОЖ. Геометрические размеры образцов отвечали требованиям ГОСТ 25,601-80: тол- . щина углепластика 1,2 0,02 мм, толщина накладок 2,4 +0,5 мм, их длина — 90 мм. 5 Испытания образцов проводили на универсальной разрывной машине фирмы "Инстрон" (модель 1185) с применением самозатягивающихся захватов. Скорость 10 перемещения подвижной траверсы мм/мин. Характер разрушения образцов подтверждает, что в случае образца-прототипа разрушение происходит в зоне влияния 15 концентраций напряжений, т.е, вблизи накладок, а в предлагаемом образце — в центральной части, следовательно, концентаторы напряжений вблизи наклад- 20 ки не оказывают влияния или отсутствуют. Анализ результатов испытаний показал,что предлагаемый образец в большей степени реализует прочноСть исследуемОго материала (средние значения прочности, опреде- 25 ленные с помощью заявленного образца, на 20-",ь выше прочности, определенной на образцах прототипа) при повышении точности измерения. Таким образом, предлагаемый образец позволяет существенно повысить точность определения физико-механических характеристик КМ по сравнению с образцом-прототипом путем уменьшения влияния экстремальных напряжений, сохраняя при этом его преимущества, а именно технологичность изготовления и надежность при испытаниях при повышенной температуре. Формула изобретения Образец композиционного материала с полимерной матрицей для испытания на растяжение при нормальной и повышенной температурах, содержащий рабочую часть в виде прямоугольной пластины. захватные части и скрепленные с захватными частями посредством слоя связующего накладки из материала пластины для приложения растягивающего усилия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния концентрации напряжений в местах контактирования пластины с кромками накладок, слой связующего между захватной частью и накладкой выполнен толщиной не больше минимального расстояния между слоями матрицы и размещен на расстоянии не меньше 4li от кромки накладки, где h — толщина рабочей части.
