Способ определения влияния наполнителя на матрицу в углерод- углеродных композитах

 

ваш нос ньпс зов npoi позиционные ння мож сстей сче дов 30воз УГЛ нап мож дованию воз южным нап элнителя Способ осуществляют следующим образом. Из исследуемого образца KONmo3HTa вырезают кусок массой несколько граммов , измельчают его до размеров час-, тиц 30-40 мкм, смешивают с расплавленно Ч термопластичной связкой (например , парафином) и полу генгшгй образец вращают.вокруг оси, перпендикулярной направлению внешнего магнитно™ го поля. После этого образец останав ; липают, выдержав некоторо.е время, не выключая магнитного поля, его охлаждают до затвердевания, после чего .измеряют диамагнитную восприимчивость в направлении оси враи(еи1гя и в направлении , перпендикулярном оси вращетш и направлению магнитного поля. Чем . анизотропия диамагнитной восприимчивости меньше, тем в большей степени наполнитель повлиял на матрицу. Экспериментально установлено, что величина анизотропиидиамагнитной восприимчивости коррелирует .(козффицнент корреляции выше 0,9) с таким эксплуатационным параметром, как фрикционный износ, 2 ил. С S {sani О) О rsp СО оэ

(5Ь)

Р 1, (54

II0 III

РОД1 (57 ван нос ных зов про поз ния мож оче дов

30воз угл нап . мож

Авторское свидетельство СССР

31491, кл. С 01 Я 27 /72,,1987.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ НАИТЕЛЯ НА МАТРИЦУ В УГЛЕРОД-УГЛЕbK КОМПОЗИТАХ

Изобретение относится в исследою структуры твердых тел, в части углерод-углеродных композиционматериалов, и может быть испольно в отраслях промышленности, зводящйх углерод-углеродные комционные материалы. Цель изобрете— расширение функциональных возостей достигается тем, что за размола образца композита исслению подвергаются частицы размером

0 мкм, в связи с чем оказывается ожным существенно расширить класс род-углеродных композитов,влияние нителя на матрицу в которых т быть количественно оценено.

2 т слецующпм образом. равна композита выЪ несколько грамо до размеров час-. шивают с расплав- ленной термопластичной связкой (например, парафином} и получентп»й образец вращают, вокруг оси, перпендикулярной направлению внешнего магнитного поля. После этого образец останавливают, выдержав некоторое время, не выключая магнитного поля, его охлажда,— ют до затвердевания, после чего измеряют диамагнитную восприимчивость в направлении оси вращения и в направлении, перпендикулярном осН вращения и направлению магнитного поля. Чем анизотропия диамагнитной восприимчивости меньше, тем в большей степени наполнитель повлиял на матрицу. Экс- е„, пернментально установлено, что величина анизотропии. диамагнитной восприимчивости коррелирует (коэффициент корреляции выше 0,9) с таким эксплуа- @ тационным параметром, как фрикционный износ. 2 ил. ва но

so пр

,по обретение относится к исследоструктуры твердых тел, в частуглерод- углеродных композиционатериалов, и может быть исхФольо в отраслях промышленности, водящих углерод-углеродвые.комционные материалы.

Целью изобретения является расши р6 е функциональных возможностей способа за счет того, что путем размола образца комнозита исследованию подвергаются частицы размером 3040 мкм, B связи с чем оказывается возможным существенно расширить класс углерод-углеродных композитов, влия- ние наполнителя на матрицу в которых может быть количественно оценено, На фиг. 1 (a,б) показано пространственное расположение частиц коМпозига после обработки в постоянном магнит ком поле, на фиг. 2 — корреляция между анизотропией диамагнитной восприимчивости и фрикционным износом.

Рассмотрим углерод"углеродный композит на основе волокнистого наполнителя и каменноугольного пека. Влияние наполнителя на матрицу проявляется в том, что кристаллиты матрицы ориентируются в.определенной мере вдоль поверхности углеродного волокна. Это приводит к изменению типа микротекс- 1 туры пека. Она становится не плоскостной, характерной для пека, термообработанного без наполнителя, а цилиндрической. Степень ориентирующего воздействия наполнителя на матрицу зависит от свойств пека и наполнителя, от соотношения компонентов и от тех- 2р нологии получения композита. В макроизстропньгх композитах выявить влияние наполните 1я на матрицу можно путем расположения в пространстве одинаковым образом микрообъемов матрицы. 25

)то достигается измельчением макрообразца композита до частиц размерами примерно 30-40 мкм и формированием меси порошка композита с расплавленной связкой (например„ парафином) э постоянном магнитном поле.Для ориенгирования частиц композита с плоскостным типом текстуры (неизменившаяся под воздействием наполнителя часть матрицы) образец необходпмо вращать в магнитном поле вокруг оси, перпендикулярной магнитному полю. Для ориентирования частиц с цилиндрическим типом текстуры (углеродное волокно и изменившаяся часть матрицы) образец 40 необходимо зафиксировать в магнитном поле. После охлаждения связки получаем образец, в котором углеродные частицы расположены в пространстве одинаковым образом (см.фиг. 1) .В случае слабого

1 влияния наполнителя на матрицу некр( торое количество частичек матрицы сохраняет плоскостную текстуру (см. фиг. 1а). При сильном влиянии наполнителя на матрицу все частицы исследуемого материала имеют цилиндрическую текстуру (см. фиг. 1б).

По анизотропии диамагнитиой восприимчивости, измеренной в направлениях осей Е и Y (см. фиг,1) и нормированной на среднее значение Х диамагнитной восприимчивости образца (Х -Х„,)/Х,можно судить о степени изменения матрицы под воздействием наполнигеля. Чем анизотропия меньше для данного типа композита, тем в большеи степени наполнитель влияет на матрицу, так как при укладке крис-таллитов по образующей цилиндра диамагнитная восприимчивость в направле-нии оси Y равна диамагнитной восприимчивости в направлении Z.

Пример 1, Определяли степень влияния наполнителя на матрицу в .образцах композита одной марки на основе углеродной ткани, дискретного углеродного волокна и 40 мас.Ж среднетемпературного каменноугольного пека. Температура обработки композита составляла 2400 С. Из исследуемых образцов, на которых предварительно была определена эксплуатационная характеристика — износ при фрикции, вырезали кусок массой примерно 2 г и

15 мин измельчали в лабораторной виб- . ромельнице ударно-истирающего действия. После отбора частиц, прошедших через сито 40 мкм, повторяли размол и отбор проб до полного прохождения всей массы образца через сито 40 мкм.

Полученный порошок композита смешивали с расплавленным парафином и ориентировали в постоянном магнитном . поле напряженностью 2 Тл. Температуру ампулы при ориентировании поддерживали (70 2) С. При ориентировании об- о раэец вращали 3 мин со скоростью

8 об,/мин вокруг оси, перпендикулярной направлению магнитного поля. Затем прекращали вращение и через 3 мин при включенном магнитном поле начинали охлаждать образец до комнатной температуры. Сформов анный образец извле кали из ампулы и методом фарадея определяли диамагнитную восприимчивость в .направлении осей Y u Z (см. фиг.1) H вычисляли параметр (Хх-X ) /Х.

Полученные результаты представлены на фиг.2.

Иэ представленных на фиг.2 данных следует, что предлагаемьгй метод позволяет количественно оценивать влияние наполнителя на матрицу. Это позволяет сопоставить степень изменения матрицы под воздействием наполнителя с эксплуатационными характеристиками композитов.

Так, например, сопоставление (Х—

"Х )/Х с эксплуатационной характеристикой композитов (фрикционным износом

1),,которое приведено на фиг.2, показывает, что между этими характеристи5 1 6092 ками наблкдается линейная зависимость (коэффициент корреляции выше 0,9).

Как 1идно из.полученной зависимости, . чем больше степень влияния наполнителя матрицу (Х -Х )/Х меньше), тем

5 мен е износ образца компоэита при!

1 фри ионных испытаниях. Таким образом, пре агаемый способ позволяет количеств но оценивать влияние наполнителя иа трицу.

Ф о нит

8blX вие обр зич щ и ния соб сме тич маг мула из обре те ния особ определения влияния наполя на матрицу в углерод-углерод15 омпозитах, включающий воэдейстостоянным матнитным полем на цы композита и измерение их. фиких параметров, о т л и ч а ю— с я тем, что, с целью расширеункциональных возможностей спообраэец композита измельчают, вают с расплавленной термопласй связкой, вращают в постоянноМ тном поле вокруг оси, перпенди93 куляр ной направлению постоянного магнитного поля, затеи прекращают враще» ние и отверждают образец, после чего измеряют его диамагнитную восприим" чивость в направлении гэстоянного магнитного поля вдоль оси вращения и в направлении, перпендикулярном двум предыдущим и определяют текстурный параметр

З(Х -Х, )

А =

ХХ+ХЪ+Хе где Х вЂ” диамагнитная восприимчивость

Х образца в направлении постоянного магнитного поля;

Х - диамагнитная восприимчивость образца в направлении оси вращения;

Х вЂ” диамагнитная восприимчивость образца в направлении, перпендикулярном осям Х и Z при этом равенство нулю текстурного параметра свидетельствует о полном влиянии наполнителя на матрицу.

1б09293

Составитель С.Фоменко

Редактор Т,Куркова Техред Jl.Ñåðäþêîâà. . Корректор Л.Бескид

Закаэ 1960 i Тирак . Подписное

- -..с.:.

ВНИИПИ Государственного комитета ао изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина „101