Способ контроля качества композиционных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0 01 й 15/08 ЗОБ РЕТ ПИС им. Н.Н удаков ость и э ных мат плу- риамированны66. КО Изобретение ледования свойс к способам опред теристик полиме пористости, и мож нологии получени алов (КМ).Цель м ости о ГОСУДАРСТВЕВЮЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт химической физменова(56),Манин В.Н. и др, Дефектатационные свойства полимелов. - Л,: Химия, с. 46 - 47.Кортен Х.Т. Разрушениепластиков. М.: Химия, 1967, с 54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТГ 1 ОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ относится к области исств материалов, в частности, еления прочностных харакров путем исследования их ет быть использовано в техя композиционных материэобретения - повышениекачества материала,Главным отличием предлагаемого способа от известного является количественное описание прочности материала как функции пористости и наличия летучих продуктов, что позволяет более точно оценить качество КМ, Установленная нами зависимость позволяет определять относительную прочность с учетом как пористости, так и содержания низкомолекулярных продуктов, благодаря чему можно судить более точно, насколько свойства материала близки к максимально достижимым. А 2 1822943 А 1(57) Использование: изобретение относься к исследованию свойств материалов, в частности к способам определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов путем исследования их пористости, Сущность: способ включает определение и контроль пористости и содержания низ омолекулярных продуктов, характеризующих прочностные характеристики материала. Новизна изобретения заключается в оценке тносительной прочности, способе контроля качества (поврежденности) и целенаправленного получения композиционных материалов с максимально достижимой прочноеью. 2 ил. Предлагаемыи способ осуществляют следующим образом: Изготавливают образец КМ любым известным способом: формованием, мокрой или сухой намоткой, прессованием и др. по тому или иному температурному режиму. В полученном образце определяют пористость и содержание ниэкомолекулярных продуктов, Пористос гь материала определяют гидростатическим методом, включающим сушку образца до постоянного веса нахождения начального обьема гидростатическим взвешиванием, выдержку образца в жидкости при повыщенной температуре, взвешивание образца в жидкости и на воздухе через определенные интервалы времени и расчет пористости по количеству жидкости, заполняющей поры, Методом гидростатического взвешивания (7) по плотности рассчитывают содержание армирующего наполнителя )Рв). в может определяться и другими независимыми методами, 182294330 Для оргэнокомпозита и = 3 и А = 0,43.Если не учитывать отрицательноговлияния на прочность низкомолекулярных продуктов, содержащихся в образце, то относительная прочность в зависимости только от пористости будет иметь завышенный результат, В таком случае относительная прочность образца рассчитывается по формуле 91), где Л =- 0: аот = (1-0,183)"=0,55 40 П р и м е р 2. Жгут из углеродных волокон пропитывают раствором эпоксидной 45 50 55 Определяют содержание низкомолекулярных продуктов(Л) в образцах путем сушки образца в вакууме до псстоянного веса либо методом экстракции из образцов в подходящем растворителе (эцетоне, спирте и др.),Рассчитывают относительную прочность образца по уравнению; Пот = 1 - А 19(Л + 1 (1 - 11), (1) где А и и - постоянные для данного материала,При разработке предлагаемого способа нами экспериментально установлено, что реальная прочность композитов и ее снижение за счет пор и летучих продуктов описывается уравнением: гтоп -- гта Рв 1 - А 9(Л + 1) (1 - П), (2) где Ооп - опытная прочность, кгс/мм; Оо -2, предельная прочность материала, не содержащего пор и летучих, при обьемной доле волокна Ро = 1; Л - летучие, мас, 70; П - обьемндя доля пор; А и и - экспериментальные постоянные материала,Таким образом пористость и присутствие летучих веществ (в том числе и влаги) независимо и аддитивно снижают прочность материала,Отношение с,то,/гто Р, = оот - относительная прочно:.ть, . поэтому уравнение (2) получдет фор" у; Оот =- 1 . А (Л1) (1 - П)" Анализ показал, что достижимая прочность зависит от содержания волокна, свойств компонентов, их взаимной адгезии, способа ис ытдивий и т. д, Однако всегда относительная прочность материала соответствует ура в н е н и ю (1),Коэффициенты п и А определяются последовательно по результатам стандартных испытаний на прочность серий образцов материала.становлено, что для органо- и углекомпозитд коэффициент и = 3. Для определения ко:,фиционта и используют образцы, содержащие одинаковое или близкое относительное количество низко- молекулярных продуктов, причем различия в пористости могут быть вызваны при изготовлении образцов введением порообразователей. Коэффициент А определяется из графика оо/Р, (1- Г 1) - 19 (Л + 1) как Щ наклона прямой, Экспериментами установлено, что для о 1 л днокомпозитд А = 0,43, для углекомпозитд А = 1,2 Например, для орга 5 10 15 20 25 нокомпозиа нахождение и и А иллюстрируется Фиг,1 и 2,Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.П р и м е р 1. Для изготовления образца органокомпозита жгуты из арамидных волокон пропитывают связующим ЭДТ, состоящим из 10 частей эпоксидной смолы ЭД, 1 части триэтаноламинотитана (ТЭАТ) и 1 части диглидицидного эфира диэтиленгликоля (ДЭГ). Все компоненты связующего соответствуют ГОСТам, Намоткой жгутов на оправку получают плиту однонаправленного органокомпозита толщиной 5 мм, Заготовку-плиту прессуют при давлении 0,2 - 0,5 МПа и ступенчато нагревают;10 - 12 ч при температуре 140 С, затем 10 - 12 ч при 160 С и охлаждают до 20 С эа 24 ч. По методике (7) гидростатическим взвешиванием определяют пористость П = 0,183 об. долей, Экстракцией размельченного образца спиртом при кипячении в течение 30 час с обратным холодильником и последующей сушкой установлено, что образец содержит летучих продуктов Л = 3,6 мас, %.Рассчитывается относительная прочность образца по формуле (1): Оот = 1 - 0,4319(1 + 3,6) (1 - 0,183) = 0,4 смолы ЭХД с ангидридным отвердителем (изо-МТГФА) и высушивают в течение 2 ч в вакууме при давлении 5-8 торр, После высушивания на оправке (диаметр 146 мм) формуют кольцевые заготовки и выдерживают при остаточном давлении 3-4 торр и температуре 80 С в течение 10 мин. Далее заготовку под давлением до 3 МПа отверждают по режиму. описанному в примере 1,В полученном образца определяют П = 0,017 об, долей, экстракцией определяют количество летучих Л = 0.6 мдс, %, и по уравнению (1) рассчитывают относительную прочность: Оот =1-1,219(0,61) (1- 0.017) = 0,661822943 о.,-1-Ад(Л+ 1) (1-П)",20 О 0,2 О,Ф 0)6 с)8 ЮйП. 1. Зависимость прочности ( боп ) органокомпоэитаот пористости ( П ).б= с-, Р, (-п),Относительная прочность беэ учета низкомолекулярных продуктов, рассчитанная по уравнению (1), где Л = О, будет равна гтот = 0,95.Таким образом, приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет значительно повысить точность оценки качества (прочности) композиционного материала и судить, насколько прочностные свойства материала близки к максимально достижимым,Формула изобретения Способ контроля качества композиционных материалов, включающий изготовление образца композиционного материала, и определение его пористости (П. об. доля), о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля, дополнительно определяют содержание низкомоле кулярных продуктов (Л, ) и рассчитываютотносительную прочность Ът) по уравнению: 10где А и п - постоянные для данного материала, характеризующие снижение прочности последнего в зависимости от содержания низкаполекулярных продуктов и пористо сти соответственно,1822943 Л+1) 0,8 О ение коаффицивнта " 1 Г 2 углепластика в уравявняя Яп=ЯРь/ А сладувт пРе бел/-ГЦ=О дактор енина рректор С, Патрушева Заказ 2177 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 город. ул, Гагарина, 101 водственно-издательский комбинат "Патент Составите ехред М. Л, Рудаковгентал