Способ определения эффективности процесса поверхностной обработки углеродных волокон

 

Изобретение относится к методам ускоренного измерения и контроля качества активированной поверхности углеродных волокон, применяемых в качестве наполнителя для полимерных композиционных материалов . Сущность изобретения: при определении эффективности пр.оцесса поверхностной обработки углеродных волокон и адгезий их к полимерной матрице измеряют гидростатическим взвешиванием удельный вес образца волокна в водном растворе этанола с плотностью 0,97-0,99 г/см и рассчитывают величину прочности углепластика при межслоевом сдвиге по формуле гсд .Iff, где (а) и (Ь) - коэффиа уув циенты, равные а 1,8-2,2, b 0,1-1,0, а (Уув)- измеренный удельный вес волокна в водном растворе этанола.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 N 13/00

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ив

t ип йт

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3120341/25 (22) 15.07.85 (46) 30.05.93. Бюл. N. 20 (72) И.Л,Кумок, M.Â.Tèõîìèðîâà. М.Т.Азарова и О.Ф.Силуянов (56) Патент ФРГ N. 1646824, кл. G 01 N . 13/00, 1970..

Патент Франции М 2055178, кл. G 01 N

13/00. 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН (57) Изобретение относится к методам уско. ренного измерения и контроля качества активированной поверхности углеродных волокон, применяемых в качестве наполниИзобретение относится к методам ускоренного измерения и контроля качества активированной поверхности углеродных волокон, применяемых в качестве наполнителей для полимерных композиционных материалов.

Целью изобретения является ускорение и упрощение определения.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют удельный вес образца УВ (пгвув) гидростатическим взвешиванием в водном растворе этанола, имеющего плотность

0,97-0,99 г/см . Ожидаемый уровень прочности углепластика при сдвиге на основе такого волокна определяют по калибровочной кривой (т л) = 1(уув). которую строят для каждого типа УВ по формуле

,ув

Ь и а — Уу

Ы3, 1818577 А1 теля для полимерных композиционных материалов. Сущность изобретения: при определении эффективности процесса поверхностной обработки углеродных волокон и адгезий их к полимерной матрице измеряют гидростатическим взвешиванием удельный вес образца волокна в водном растворе этанола с плотностью 0,97-0,99 г/см и рассчитывают величину прочности углепластика при межслоевом сдвиге по формуле гсд =, где (а) и (Ь) — коэффиЬ в а гув циенты, равные а - 1,8-2,2, Ь вв 0.1-1,0 а (p8) — измеренный удельный вес волокна в водном растворе этанола.

В процессе проведенных авторами исс- а ледований была установлена линейная эа- 0р висимость между величиной прочности углепластика при межслоевом сдвиге (wc и отношением (гд) к удельному весу, измеренному в Водном растворе этанола указанной плотности (— ), Это позволило г,д

- ч

"гув предположить, что связь величины (Гсд) собствеиио с вепичиией („I описывается спе- Р» дующим уравнением:

° йвВ

Ь "г ув с., а — гув (1) где значения (а) и (Ь) — коэффициенты, зависящие от типа УВ. 3 Q ) — удельный вес образца УВ. который может изменяться от

1,4 до 2,1 г/см, Экспериментальная проверка подтвердила предложенный способ расчета (Г д).

1818577

Так, для каждого типа УВ. подвергнутого поверхностной обработке различной интенсивности строят калибровочную кривую по формуле (1), При этом величину коэффициентов (а) и (b) определяют с учетом величины разброса значений (rcg, полученных из механических испытаний углепластиков íà основе данного типа УВ. Построенная калибровочная кривая т,д = f(p ) представляет собой (с вероятностью > 95;ь) гарантированный нижний предел значений (rc ) для углеплас -иков, армированных данным волокном, Статистические исследования для разных типов УВ позволили установить пределы изменений коэффициентов (а) и (Ь), для а = (1,8-2.2), b = (0,1-1,0).

Таким образом, измерив удельный вес

УВ вышеуказанным способом можно с большой достоверностью определить по калибровочной кривой ожидаемый уровень адгезии УВ к полимерной матрице.

Применение способа позволяет контролировать процесс поверхностной обработки УВ, быстро оценивать активность поверхностй материала и корректировать технологические параметры. Одновременно способ позволяет значительно уменьшить трудозатраты и расход материалов, используемых для приготовления и испытания углепластика на прочность при межслоевом сдвиге, Нижеследующие примеры иллюстриру.ют способ, не ограничивая его.

Пример 1. Углеродное волокно в виде однонаправленной ленты шириной

265 мм с прочностью нитей основы 265 кгс/мм и модулем упругости 25000 кгс/мм г подвергают электрохимической обработке поверхности. На основе этой ленты изготовляют углепластик и, в соответствии с ОСТ

90199-75 испытывают на прочность при межслоевом сдвиге (т,д), В результате испытаний величина (rcg составила 4,7 кгс/мм, 2

Образец этого же УВ весом 1 r разделяют на 3-5 полосок размером 10х50 мм, с помощью аналитических весов марки ВЛА200 M методом гидростатического взвешивания в водном растворе этанола с плотностью 0,99 гlсм определяют удельный вес УВ (уу,) как среднее значение из 3-5 измерений, равный 1,650 г/см, По калиброз вочной кривой (таад) =- (yy8) находят расчетное значение ожидаемого уровня прочности углепластика при сдвиге, равное 4, 55 кгс/мм .

В контрольном опыте для измерения удельного веса УВ (yz>) используют водный раствор этанола с плотностью 0,996 гlсм". получая значение уу -- 1.605 гlсм .

Расчетное значение ожидаемой величи. ны (т д), определенное по калибровочной кривой составляет 3.5 кгс/мм и не соответ? ствует фактическому уровню адгезии УВ к полимерной матрице.

Пример 2. Углеродную некрученую нить линейной плотности 390 текс с прочностью элементарного волокна 360 кгс/мм и модулем упругости 21000 кгс/мм подверга2 ют поверхностной обработке озонсодержащей газовой смесью. Нв основе углеродной нити изготовляют и испытывают углепластик, который имеет прочность при межслоевом сдвиге (rcg =- 7,5 кгс/мм .

Удельный вес образца углеродной нити определяют как в примере 1, но плотность водного раствора этанола составляет 0,97 г/см . Полученное значение (yap) составляет

1,744 гlсм . По калибровочной кривой (rcpt) =

f(yye) находят расчетное значение ожидаемого уровня прочности углепластика при

Ф

2 сдвиге, равное 7.25 кгсlмм . В контрольном опыте для измерения удельного веса УВ (y„.) используют водный раствор этанола с плот25 ностью 0.96 гlсм, получая значение yyp =

1,780 гlсм . Расчетное значение (r,д), опре в деленное по калибровочной кривой составило 9,75 кгс/мм и не соответствует уровню адгезии, полученному при испыта ниях углепластика на сдвиг.

Пример 3. Высокопрочное высокомодульное углеродное волокно в виде однонаправленной ленты шириной 100 «мм с прочностью элементарных нитей основы

260 кгс/мм и модулем упругости 37000 кгс/мм подвергают процессу поверхностг ной обработки в жидкофазном окислителе.

При испытании углепластика на основе обработанной ленты на прочность при межслоевом сдвиге получено значение (rcg = 5,2 кгс/мм .

Удельный вес образца этого же углеродного волокна определяют так как и в примере 1, но плотность водного раствора этанола составляет 0,98 гlсм . Измеренное значение величины () у ) составило 1,81 г/см . Расчета ное значение уровня прочности углепластика при сдвиге, найденное по калибровочной кривой равно 5,2 кгс/мм . г

Как следует из приведенных примеров, применечие способа оценки эффективности поверхностной обработки УВ и предполагаемого уровня прочности композита на его основе при межслоевом сдвиге хорошо согласуются с данными механических испытаний углепластиков и т.о. позволяет сократить время, трудоемкость и затраты на работу по определению адгезии УВ к связуЮщему

181В5т7

Составитель Л,Жаркова

Техред М.Моргентал Корректор H.Êîðîëü

Редактор Л,Волкова

Заказ 1936 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ао изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

Способ определения эффективности процесса поверхностной обработки углеродных волокон и адгеэии их к полимерной матрице, состоящей в проведении и измерении физико-химического параметра углеродных волокон, по которому определяют искомую величину; отличающийся тем, что, с целью ускорения и упрощения определения, в качестве физико-химического параметра выбирают удельный вес углеродного волокна tya УВ, который иэмеряют гидростатически в водном растворе этанола плотностью 0,97-0,99 r/ñì"рассчитывают величину прочности углейластика при межслоевом сдвиге г<д по формуле

5 Ь } уа тс сA где а - 1,8-2,2:

Ь = 0,1-1,0. пропорциональную эффективности процес10 са поверхностной обработки углеродных волокон.