Способ определения масштабной зависимости прочности волокна от его длины

(5)5 ЕНИ К АВТ доемения к АСШТАБСТИ ВОедованию териалов мическои повысить в эахватгоп". На й датчик проводят тоянной ной трап ытания ГОСУДАРСТ 8 ЕН.Ь)Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт химической физики АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПРОЧНЛОКНА ОТ ЕГО ДЛИНЫ(57) Изобретение относится к иссфизико-механических свойств мможет быть использовано в хпромышленности и позволяет Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств материалов и может быть использовано в химической промышленности.Цель изобретения - повышение производительности и снижение трудоемкости определения.Способ поясняется примерами и приведенными кривыми масштабной зависимости прочности волокна от его длины.П р и м е р 1. Определение масштабной зависимости прочности углеродного волокна марки ТВ в термопластичной матрице ПА-б. Образец для испытания готовят следующим образом, Берут полиамидную пленку ПА-б и обезжиривают ее поверхность ацетоном, На пленке натягивают элементарное о 1.ъЖио 1704015 производительность и снизить тру кость определения. Способ определ масштабной зависимости прочности воло на от его длины заключается в том, что одно или несколько рассредоточенных элементарных волокон запрессовывают в полимерную матрицу. При растяжении матрицы непрерывно регистрируют количество разрывов волокон и в моменты разрывов фиксируют величину разрушающей нагрузки. Затем по формулам, приведенным в описании, рассчитывают для каждого разрыва разрывное напряжение волокон и длину фрагмента волокна, разорвавшегося в данный момент. Графики масштабной зависимости строят в логарифмических координатах напряжения и длины волокон. 3 табл., 1 ил. локно ТВ, концы которо- клеем Бф-б. Сверху накрываслоем. Полученную заготовку пресс-форму, которую помещаретый до 230 С, и выдерживанутых плитах и заданной мин. Из отпрессованной плают образец 5 х 80 к 0,573 мм, в окно натянуто посередине углеродное ао го закрепляют ют еще одним укладывают в ют в пресс, на ют при сомк температуре 3 стины выреза котором вол вдоль образца Затем образец устанавливают тах разрывной машины типа ")пз образце крепят пьезокерамически акустической эмиссии, Испытания при комнатной температуре с пос скоростью перемещения подвиж версы 1 мм/мин. Результаты ис455055 приведены в табл,1 и на графике (см. чертеж, прямая 1),При растяжении волокон в матрице непрерывно регистрируютколичество разрывов волокон (1 ч) до разрушения матрицы,измерение разрушающих нагрузок (Р) осуществляют в моменты разрыва волокон вматрице по сигналам акустической эмиссии.Рассчитывают по полученным результатамразрывное напряжение волокон (Ъ по фор.мулеР ЕвОв 8 (1)где Р - разрушающая нагрузка, соответствующая количеству разрывов волокон к моменту ее измерения, кг;Ям - площадь поперечного сечения матрицы, мм 2;Ев, Ем - модули упругости волокон иматрицы соответственно, кг/мм .В качестве показателя длины волокониспользуют среднюю длину фрагментов волокон, образующихся при их разрыве, рассчитываемую по формулеи 1 ой+и(2)где Ю - количество разрывов волокон, соответствующее измеряемой величине разрушающей нагрузки;и - количество элементарных волокон вматрице;10 - исходная длина волокон в рабочейчасти матрицы, мм.Ем - 150 кг/мм; Ев = 30000 кг/мм 2; 32,865 мм; 10 " 30 мм. Константы масштабг,ной зависимости прочности волокна Т В,А -2,690; В -0,1250. Масштабная зависимость прочности от длины имеет вид 19 0 е 2,690 - 0,125 д. Определение масштабнойзависимости прочности заняло 2,5 ч.П р и м е р 2. Определение масштабнойзависимости прочности углеродного волокна Модморв термореактивной матрицеЭДТ.Образец для испытания готовят следующим образом. Берут специально разработанную форму из фторопласта, представляющую собой ванночку, имеющую ионфигурацию лопаточки, В раскрытую форму помещают рамку с предварительно вклеенным элементарным волокном Модмор, Соединив части формы, их стягивают винтами. Полученную заготовку заливают ЭДТи помещают в термошкаф, где выдерживают 8 ч при 160 С, Перед испытанием отвержденный образецодвергают механической обработке для удаления поверхностных дефектов. 5 10 15 20 25 30 35 40 Испытание проводят аналогично примеру 1, но со скоростью подвижной траверсы 0,21 мм,фмин,Расчет и результаты испытания приведены в табл.2 и на графике (см. чертеж, прямая 2).1 р д 36,5 мм; 37,2 Я мм 2; Еф д 38000кг/мм; Ем 244,3 кг/мнуПо рассчитанным значениям а и строят график,зависимости 0 =1(1) (см. чертеж, прямая 2), из которого определяютконстанты масштабной зависимости прочности волокна Модмор: А 2,785 и В0,155. Масштабная зависимость прочностиимеет вид 19 0 - 2,785 - 0,155 1 д 1.Определение масштабной зависимостипрочности в термореактивной матрице занимает 10 ч.П р и м е р З,Аналогично примеру 1, нос пятью рассредоточенными волокнами. Ре- .зультаты приведены в таблице 3 и на графике (см, чертеж, прямая 3).Константы масштабной зависимостипрочности волокна ТВ от его длины,определенные иэ эксперимента: Ем кг/мм Ев-ЭООООкг 1 мм;Ь ЭОмм;и Е,2,8-6,600,31-2,05 мм; А 2,6917; В 0,130;19 0 в -2,6917- 0,130 191.П р и м е р 4, Аналогично примеру 2, нос углеродным волокном ТВ.Константы масштабной зависимостипрочности волокна ТВ: А2,6898 иВ 0,1293; 9 ой " 2,6893 - 0,1293 19 1 (см.чертеж, прямая 4),Разрыв волокон прекращается при достижении критических длин фрагментов волокон, а момент разрушения матрицыиспытания прекращаются.Таким образом, на одном или нескольких волокнах, запрессованных в матрицу,можно быстро получить масштабную зависимость прочности волокон от их длины,формула изобретения Способ определения масштабной зависимости прочности волокна от его длины, заключающийся в растяжении волокон, измерении разрушающих нагрузок и построении зависимости разрывного напряжения волокон от их длины, отл ича ю щи й с я тем, что, с целью повышения производительности и снижения трудоемкости определения, предварительно одно или несколько рассредоточенных элементар ных волокон эапрессовывают в полимерную матрицу, при растяжении волокон в матрице непрерывно регистрируют количество разрывов волокон до разрушения матрицы, а измерение разрушающих нагрузок осуще1704015 ствляют в моменты раэрыва волокон в матрице, при этом разрывное напряжение волокон рассчитывают по формуле стве показателя длины волокон используютсреднюю длину фрагментов волокон, образующихся при их разрыве, рассчитываемуюпо формуле Р ЕеЯмЕмгде Р - разрушающая нагрузка, соответствующая количеству разрывов волокон к моменту ее измерения, кг;8 - площадь поперечного сечения матрицы, мм;Ее, Ем - модули упругости волокон и матрицы соответственно, кг/ммф, а в каче 5 иоИ+игде й - количество разрывов волокон. соответствующее измеряемой величине разрушающей нагрузки;10 п - количество элементарных волокон вматрице:о - исходная длина волокон в рабочейчасти матрицы, мм,Таблица 1 Таблица 2 Ое кг/ммоставитель Г,Новиковаехред М.Моргентал Корректор С.Чер Редактор Л,Волкова Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 56 ВНИИП зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 33 34 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 41 48 49 50 1 2 5 10 13 19 25 29 35 38 45 54 60 69 16 79 3,54 3,54 3,74 3,81 3,97 4,09 4,20 4,24 4,28 4,35 4,46 4,51 4,61 4,61 4,69 1,129 1,823 1,867 1,939 1,994 2,047 2,067 2,089 2,12 2,178 2,20 2,25 2,279 2,29 345,78 364,5 373,42 387,88 398,75 409,5 413,33 417,83 424,52 435,51 440,45 449,41 455,72 458,99 15 10 8,3 6,2 5 4,1 3,8 3,5 3,1 2,54 2,3 2,0 1,8 1,7 1,1761 0,919 0,792 0,699 0,613 0,580 0,544 0,491 0,405 0,362 0,301 0,255 0,230 2,5388 2,5617 2,5722 2,5887 2,601 2,612 2,6136 2,621 2,628 2,639 2,644 2,5553 2,6587 2 6618