Способ определения масштабной зависимости прочности волокна от его длины

 

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств материалов, может быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить производительность и снизить трудоемкость определения. Способ определения масштабной зависимости прочности волокна 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. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 N 3/08, 29/14

ГОСУДАРСТ8ЕН.ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4714160/12 (22) 06,07.89 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (71) Институт химической физики АН СССР (72) Ю.Г,Корабельников, И.А.Рашкован, B.Ï.Òàìóæ, А.А.Карклиньш, Ю.А.Горбаткина и Т.Ю.Захарова (53) 620.17(088.8) (56) Углеродные волокна. / Под ред. С.М.Симамуры, M.; Мир, 1987, с.47. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСШТАБНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПРОЧНОСТИ ВОЛОКНА ОТ ЕГО ДЛИНЫ (57) Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств материалов, может быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить

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.

Пример 1. Определение масштабной зависимости прочности углеродного волокна марки Т-300 B в термопластичной матрице ПА-6.

Образец для испытания готовят следующим образом. Берут полиамидную пленку

ПА-6 и обезжиривают ее поверхность ацетоном, На пленке натягивают элементарное,, ЯЦ„„1704015 А1 производительность и снизить трудоемкость on ределения. Способ определения масштабной зависимости прочности волокна 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. углеродное волокно Т-300 В, концы которого закрепляют клеем ВФ-б. Сверху накрывают еще одним слоем. Полученную заготовку укладывают в пресс-форму, которую помещают в пресс, нагретый до 230 С, и выдерживают при сомкнутых плитах и заданной температуре 3 мин. Из отпрессованной пластины вырезают образец 5х80к0,573 мм, в котором волокно натянуто посередине вдоль образца, Затем образец устанавливают в захватах разрывной машины типа "Instron". На образце. крепят пьезокерамический датчик акустической эмиссии. Испытания проводят при комнатной температуре с постоянной скоростью перемещения подвижной траверсы 1 мм/мин. Результаты испытания

1704015

55 приведены в табл,1 и на графике (см. чертеж, прямая 1).

При растяжении волокон в матрице непрерывно регистрируют количество разрывов волокон (Ni) до разрушения матрицы, измерение разрушающих нагрузок (P) осуществляют в моменты разрыва волокон в матрице по сигналам акустической эмиссии.

Рассчитывают по полученным результатам разрывное напряжение волокон (Ъ по формуле

Р) Ев

Ов (1) где P> — разрушающая нагрузка, соответствующая количеству разрывов волокон к моменту ее измерения, кг;

$ОΠ— площадь поперечного сечения матрицы, мм;

Ев, Ем — модули упругости волокон и матрицы соответственно, кг/мм .

В качестве показателя длины волокон используют среднюю длину фрагментов волокон, образующихся при их разрыве, рассчитываемую по формуле

)о

N +è (2) где Nl — количество разрывов волокон, соответствующее измеряемой величине разрушающей нагрузки;

n — количество элементарных волокон в матрице;

10 — исходная длина волокон в рабочей части матрицы, мм.

Ец - 150 кгlмм; Ев = 30000 кг/мм; S2,865 мм; Io - 30 мм. Константы масштабг. ной зависимости прочности волокна Т-300

В,А - 2,690; В -0,1250. Масштабная зависимость прочности от длины имеет вид Ig (2,690 - 0,125 Igl. Определение масштабной зависимости прочности заняло 2,5 ч.

Пример 2. Определение масштабной зависимости прочности углеродного волокна Модмор-1 в термореактивной матрице

ЭДТ-10.

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-1. Соединив части формы, их стягивают винтами. Полученную заготовку заливают ЭДТ-10 и помещают в термошкаф, где выдерживают8 ч при 160 С, Перед испытанием отвержденный образец

r одвергают механической обработке для удаления поверхностных дефектов.

Испытание проводят аналогично примеру 1, но со скоростью подвижной траверсы 0,21 мм/мин, Расчет и результаты испытания приведены в табл.2 и на графике (см. чертеж, прямая 2).

1р - 36,5 мм; $7,2Р мм; Ев - 38000 кг/мм ; ЕОО 244,3 кгlмм

По рассчитанным значениям а) u Il строят график. зависимости o = f (I) (см. чер теж, прямая 2), из которого определяют константы масштабной зависимости прочности волокна Модмор-1: А 2,785 и 8

0,155. Масштабная зависимость прочности имеет вид Ig 0в - 2,785 - 0,155 Ig ).

Определение масштабной зависимости прочности в термореактивной матрице занимает 10 ч.

Пример 3,Аналогично примеру 1, но с пятью рассредоточенными волокнами. Ре- . зультаты приведены в таблице 3 и на графике (см. чертеж, прямая 3).

Константы масштабной зависимости прочности волокна Т-300 8 от его длины. определенные иэ эксперимента: ЕОО - 150 кг/мм; Ев - ЭОООО кг/мм: 4 ЭО мм; и О;

2.

$-6,600,31-2.05мм;А2,6917;8 0,130;

lg ав - 2.6917 - 0.130 Ig 1.

Пример 4. Аналогично примеру 2, но с углеродным волокном Т-300 В.

Константы масштабной зависимости прочности волокна Т-300 В: А 2,6898 и

В 0 1293; Ig og 2,6893 - 0,1293 Ig I (см. чертеж, прямая 4).

Разрыв волокон прекращается при достижении критических длин фрагментов волокон, а момент разрушения матрицы испытания 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 волоконот ихдлины,отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и снижения трудоемкости определения, предварительно одно или несколько рассредоточенных элементарных 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 используют среднюю длину фрагментов волокон, образующихся при их разрыве, рассчитываемую по формуле

Pl Ee

Sì Ем где Pi — разрушающая нагрузка, соответствующая количеству разрывов волокон к моменту ее измерения, кг;

Sv - площадь поперечного сечения матрицы, мм;

Ее, Ем — модули упругости волокон и матрицы соответственно, кг/мм, а в каче5 n-I о

Ni+n где Ni — количество разрывов волокон. соответствующее измеряемой величине разрушающей нагрузки;

10 n — количество элементарных волокон в матрице:

1 — исходная длина волокон в рабочей части матрицы, мм.

Таблица 1

Таблица 2

Оеь кг/мм магм), кг/мм

I9 пв

1ь мм

Опыт Время, с

Рь кг

2

4

6

8

11

490

3

18

23

28

ЗЗ

37

44

33.69

35.35

36,15

36,95

37,74

38.54

39,33

39,98

40,70

41,43 42,15

42,80

4,66

4,89

5,00

5,11

5,22

5,33

5,44

5,53

5,63

5,73

5,83

5,92

446.13

480,56

497,67

514,78

531,89

549,00

566,11

580.10

595.67

611,22

626,78

640,78

18,25

9,12

7,3

4,06

2,28

1,92

1,52

1,26

1,07

0.96

0,81

0,74

1,2613

0,96

0.86

0,61

0,36

0.283

0.182

0.1

0,03

-0,0175

-0,091

-0,128

2,6685

2,6817

2,6969

2,7116

2,7258

2.7396

2,7529

2,7635

2,775

2,786

2,7971

2,8067

1704015

Таблица 3 е

Е

Р

Ом(= s кг/мм

Время, с 10

Опыт

Ig ag) Ni

Ii, мм

Ig Ii

P(кг. кг/мм2

Р,8

2Р

Составитель Г,Новикова

Редактор Л,Волкова Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Заказ 56 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

2

4

6

8

11

12

13

14

33

34

37

38

39

41 42

43

44

46

47

48

49

1

5

13

19

29

38

54

69

76

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

4,67

4,69

1.729

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

449,47

455,72

458,99

8,3

6,2

4,1

3,8

3,5

3,1

2,54

2,3

2,0

1,8

1,7

1,176

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