Образец композиционного материала с полимерной матрицей для испытания на растяжение при нормальной и повышенной температурах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1758476 А 19 1 М 3/08 ИЯ Т НОГО МААТРИЦЕЙ НИЕ ПРИ Й ТЕМПЕносится к алов и м дании но(КМ) войств эт и нормаль механ жет б ых ко и из х мат ой ил ическим ыть ис- мпозитучении ериалов и повыГОСУДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) Ю.Ю. Перов, М,Р. Гурвич и П.В, Мельников56) Тарнопольский Ю.МКинцис Т.Д, Методы статических испытаний армированныхпластиков, М.: Химия, 1975, с. 68-69,Мещеряков В.В. Свойства судостроительных стеклопластиков и методы их контроля, М.; Судостроение, 1974, с. 27-28,рис,б,(54) ОБРАЗЕЦ КОМПОЗИЦИОНТЕРИАЛА С ПОЛИМЕРНОЙ МДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНОРМАЛЬНОЙ И ПОВЫШЕННОРАТУРАХ(57) Изобретение относится к области физико-механических методов исследованияпрочности полимерных композиционных Изобретение от испытаниям матери пользовано при соз ных материалов эксплуатационных с при растяжении пр шенной температурИз большого р используемых в наст деления прочности К дует выделить пол распространение, а лопатки, образцы-и ски с накладками. ах.знообразия образцов оящее время для опре М при растяжении, сле учившие наибольшее именно: двусторонние олоски, образцы-полоалов ПКМ) ипредназначено для опния прочности на растяжение при льной и повышенной температурах зуемых и разрабатываемых, а также ия эксплуатационных свойств этих алов. Целью изобретения является ение точности измерений при испы- ПКМ на растяжение. Образец компонного материала с полимерной ей имеет рабочую часть в виде пряьной пластины, захватные части и енную с ними посредством слоя свяго накладку из материала пластины. ки предназначены для приложения ивающего усилия, В местах контакти я пластины с кромками накладок язующего между захватной частью и кой выполнен толщиной не больше ального расстояния между слоями ы и размещен на расстоянии не е 4 й от кромки накладки, где й - толабочей части, 2 ил. матери ределе норма исполь изучен матери повыш тании зицио матриц моугол скрепл эующе Наклад растяг ровани слой св наклад миним матриц меньш щина р 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 форм образцов, простоте их изготовления привело к широкому внедрению образцов наиболее простой формы - полосок, 1 акне образцы обеспечивают наиболее стаби(ьнда измерения, однако они тоже не (иш-. н( недостатков. Главный из них - (Ч.удость обеспечения надежного креп (а(,(в в и(оы 1758476тательной 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 КМ 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 формулы показывает, что значения эксграмальных напряжений в зоне краевого эффекта и длина этой зоны для КМ 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 КМ 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 расгтоянии не меньше 4 п от кромки накладки, гда Ь - толщина рабочей части.5101520 25 30 35 40 45 50 55 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 4 п, где и - толщина образца. Толщина слоя связующего 4 не должна превышать минимального расстояния между слоями матрицы.Образец изготавливается следующим образом.Испытуемый углепластик представляет композитчый материал КМУ 4 Э,08, армированный углеродными волокнами ЭЛУР,08, В качестве матрицы используется эпоксифенольное связующее ЭНФБ. Угле- пластик выкладывается по однонаправленной схеме0 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 КМУ - 4 Э - 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 4 МБ-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 алаказ 2992 ВНИИПИ Госу Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 11 СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производств но-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагаа н10 мазным инструментом без примененияСОЖ. Геометрические размеры образцовотвечали требованиям ГОСТ 25,601-80: тол-. щина углепластика 1,2 .ф. 0,02 мм, толщинанакладок 2,4 +0,5 мм, их длина - 90 мм. 5 Испытания образцов проводили на универсальной разрывной машине фирмы "Инстрон" (модель 1185) с применениемсамозатягивающихся захватов, Скорость 10перемещения подвижной траверсымм/мин.Характер разрушения образцов подтверждает, что в случае образца-прототипаразрушение происходит в зоне влияния 15концентраций напряжений, т.е, вблизи накладок, а в предлагаемом образце - в центральной части, следовательно,концентаторы напряжений вблизи накладки не оказывают влияния или отсутствуют.Анализ результатов испытаний показал,чтопредлагаемый образец в большей степениреализует прочноСть исследуемОго материала средние значения прочности, определенные с помощью заявленного образца, на20 оь выше прочности, определенной на образцах прототипа) при повышении точностиизмерения,30 Таким образом, предлагаемый образец позволяет существенно повысить точность определения физико-механических характеристик КМ по сравнению с обраэцом-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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 4 Ь от кромки накладки, где и - толщина рабочей части.