Акустоэмиссионный способ определения прочности сцепления дисперсного наполнителя со связующим в композиционном материале

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5цз G 01 N 29/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,б

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4737224/28 (22) 13.09.89 (46) 07.03,92. Бюл. N- 9 (71) Институт химии высокомолекулярных соединений АН УССР и Киевский государственный университет им. Т. Г. Шевченко (72) Ю. С, Липатов, Т. Т. Тодосийчук, С. П. Чередниченко, В. Ф. Гришачев и А. Н. Неговский (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1250924, кл. G 01 N 29/04, 1986

Application of acoustic emission to tlgate

the mechanical strength of ceramic materials, Sadowska — Boczar Т. Librant L., Rana

chowsky J„Ciesla 1 . Sci. Cerami, Prac. 12 th ! м Conf., Saint — Vincent, 27-30 June, 1983, ч. 12, р. 639 — 645. (54) АКУСТОЭМИССИОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ

ДИСПЕРСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ CO СВЯЗУЮЩИМ В КОМПОЗИЦИОННОМ МАТЕРИАЛЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к акустоэмиссионным способом определения прочности сцепления дисперсного наполнителя со связующим в композиционном полимерном материале, и может быть использовано при разработке новых материалов с заданными свойствами на предприятиях химической промышленности и машиностроения.

Известен способ определения нарушений сплошности композиционного полимерного материала, по которому образец материала механически нагружают с постопри разработке новых материалов с заданными свойствами на предприятиях химической промышленности и в машиностроении. Цель изобретения — повышение достоверности определения прочности сцепления за счет изготовления образца с определенными свойствами. В акустоэмиссионном способе определения прочности сцепления дисперсного наполнителя со связующим в композиционном .материале при изготовлении образца в связующее вводят наполнитель с известным наиболее вероятным размером частиц. При нагружении регистрируют зависимость скорости счета сигналов акустической эмиссии от нагрузки, а о прочности сцепления наполнителя с наиболее вероятным размером частиц, со связующим судят по нагрузке, соответствующей максимальному значению зависимости скорости счета от нагрузки. 1 ил. янной скоростью и одновременно облучают световым лучем с заданной длиной волны, при этом непрерывно регистрируют интенсивность проникающей составляющей излучения и определяют ее зависимость от деформации образца, по которой судят о максимальном разрушении адгезионных контактов композиционного полимерного материала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения прочности сцепления наполнителя и связу1718110

20 стоверной

Поставленная цель достигается тем, что 25

30 ющего композиционного материала, по которому образец материала механически нагружают с постоянной скоростью и определяют нагрузку, соответствующую появлению сигналов акустической эмиссии (АЭ), которую используют для определения прочности сцепления.

Недостатком данного способа является

его низкая достоверность, так как момент появления сигналов АЭ связан с началом разрушения адгезионных контактов в композиционном полимерном материале, а также может быть вызван трением в месте контакта нагружающего устройства с образцом и зависит от уровня чувствительности регистрирующей аппаратуры. Поэтому определяемая данным способом прочность сцепления со связующим имеет существенно заниженное значение и не является доЦель изобретения — повышение достоверности определения прочности сцепления за счет изготовления образца с определенными свойствами. в акустоэмиссионном способе определения прочности сцепления дисперсного наполнителя со связующим в композиционном полимерном материале, заключающемся в том, что образец материала механически нагружают с постоянной скоростью и регистрируют нагрузку, при которой отмечают появление сигналов АЭ, при изготовлении образца в связующее вводят наполнитель с известным наиболее вероятным размером частиц, при нагружении регистрируют зависимость скорости счета сигнала АЭ от нагрузки, а о прочности сцепления наполнителя с наиболее вероятным размером частиц со связующим судят по нагрузке, соответствующей максимальному значению зависимости скорости счета от нагрузки.

В композиционном материале, состоящем из наполнителя и матрицы с различными упругими свойствами, происходит локализация упругой энергии деформации преимущественно в частицах наполнителя, имеющего более высокий модуль упругости, что прйводит к концентрации напряжения и образованию микротрещин при превышении этого напряжения над адгезионной прочностью наполнитель — связующее, Возникновение микротрещин сопровождается упругими колебаниями, при этом регистрация сигналов АЭ происходит в случае превышения их энергии над порогом регистрации (фоновым шумом) аппаратуры, Таким образом, в начальной стадии нагружения образование микротрещин связано с нарушением адгезионных контактов в ком5

55 позиционном материале, при этом для полидисперсного наполнителя сказывается влияние на величину концентрации напряжений вблизи этих частиц и с ростом нагрузки количество образующихся микротрещин будет соответствовать кривой распределения частиц наполнителя по размерам. Выбор в качестве параметров. сигналов АЭ скорости счета позволяет регистрировать кинетику разрушения адгезионных контактов и определить нагрузку, соответствующую достижению максимума скорости счета, при которой будет происходить разрушение адгезионных контактов наполнителя с наиболее вероятным размером частиц (т.е. соответствующим максимуму кривой распределения частиц по размерам), Таким образом, для образца материала с наполнителем с известным распределением частиц по размерам возможно определение прочности сцепления наполнителя " известным размером со связующим с более высокой точностью и достоверностью, На чертеже показана зависимость скорости счета (N ) от нагрузки (Р), Способ осуществляется следующим образом.

Берется наполнитель с известным распределением частиц по размерам, который вводят в связующее, отверждают и получают образец для проведения механических испытаний. Исследуемый образец композиционного материала закрепляют в механизм нагружающего устройства, например, разрывной машины и нагружают с постоянной скоростью, одновременно с использованием пьезоприемников и акустоэмиссионной аппаратуры регистрируют скорость счета, зависимости которой от нагрузки выводят на графпостроитель, При достижении нагрузки, соответствующей максимуму скорости счета АЭ, нагружение прекращают и по величине этой нагрузки судят о прочности сцепления наполнителя с наиболее вероятным размером частиц со связующим.

Пример 1. Определяют прочность сцепления порошка кварца с известным распределением частиц размерами от 125 до 160 мкм (с наиболее вероятным размером 142 мкм) со связующим — эпоксидной смолой ЭД-20, Порошок кварца берут двух видов: обработанный и необработанный антиадгезивом. Для этого изготавливают образцы композиционного полимерного материала с концентрацией наполнителя 20 мас,, Форма и размеры образцов соответствуют рекомендациям на проведение прочностных испытаний на растяжение.

Образцы получают отверждение исследуе1718110 ления прочности сцепления наполнителя со связующим в композиционном полимерном материале за счет определения нагрузки, при которой происходит разрушение адгезионных контактов наполнителя с наиболее вероятным размером зерна, Формула изобретения

Составитель И.Ардашева

Техред М.Моргентал Корректор Л,Патай

Редактор Н.Яцола

Заказ 877 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 мых композиций в формах из фторопласта.

Перед смешиванием компоненты вакуумируют и перемешивают. Для уменьшения адгезии порошок кварца обрабатывают в

3%-ном растворе диметилдихлорсилана в 5 бензоле в течение 3 ч. Исследуемые образцы одноосно нагружают на разрывной машине FR-10 со скоростью 10 Н/мин.

Регистрацию сигналов АЭ проводят на приборе АФ-15 в диапазоне частот 0,2 — 0,5 МГц, 10 коэффициент усиления системы составлял

89 дБ, порог счета 1В. Регистрировали скорость счета АЭ от нагрузки, для этого сигналы от прибора АФ-15 и сигналы с блока измерения усилия подаются на каналы Х и 15

Y двукоординатного самописца Н-306. Нагружение проводят до выявления максимума скорости счета АЭ и по величине этой нагрузки судят о прочности сцепления наполнителя с наиболее вероятным размером, 20 равным 142 мкм, со связующими.

Пример 2. Определяют прочность сцепления порошка кварца с известным распределением частиц размерами от 50 до

63 мкм (с наиболее вероятным размером 57 25 мкм) со связующими — эпоксидной смолой

ЭД-10. Изготовление и испытание образцов проводят аналогично описанным в примере

1. Регистрируют скорость счета АЭ, Таким образом, предлагаемый способ 30 позволяет повысить достоверность опредеАкустоэмиссионный способ определения прочности сцепления дисперсного наполнителя со связующим в композиционном материале, заключающийся в том, что образец материала механически нагружают с постоянной скоростью, регистрируют нагрузку, при которой отмечают появление сигналов акустической эмиссии, и используют ее для определения прочности сцепления, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности определения прочности сцепления, при изготовлении образца в связующее вводят дисперсный наполнитель с известным наиболее вероятным размером частиц, при нагружении регистрируют зависимость скорости счета сигнала акустической эмиссии от нагрузки в логарифмических координатах, а о прочности сцепления судят по нагрузке, соответствующей максимальному значению зависимости скорости счета сигнала акустической эмиссии от нагрузки,