Способ контроля качества композиционных материалов

 

Использование: изобретение относи ся 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 низкомолекулярных продуктов, характеризующих прочностные характеристики материала Новизна изобретения заключается в оценке относительной прочности, способе контроля качества (поврежденности) и целенаправленного получения композиционных материалов с максимально достижимой прочное (ью 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 15/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕН Г СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СО

М .ЬЭ (Ю фь Ы (21) 4861674/25 (22) 22.08.90 (46) 23.06.93. Бюл, М 23 (71) Институт химической физики им. Н.Н.Семенова (72) Н.Л. Александрова, и Л,Н.Рудакова (56),Манин В.Н. и др, Дефектность и эксплуатационные свойства полимерных материалов. — Л.: Химия, с. 46 — 47.

Кортен X.Т. Разрушение армированных пластиков. М.: Химия, 1967, с. 166. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КОМГ1ОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области исследования свойств материалов, в частности, к способам определения прочностных характеристик полимеров путем исследования их пористости, и может быть использовано в технологии получения композиционных материалов (КМ).

Цель изобретения — повышение точности оценки качества материала.

Главным отличием предлагаемого способа от известного является количественное описание прочности материала квк 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. Ы, 1822943 А1 (57) Использование: изобретение относк, i ся к исследованию свойств материалов, в ча;тности к способам определения прочностных характеристик полимерных композиционных материалов путем исследования их пористости. Сущность: способ включает определение и контроль пористости и содержания низкомолекулярных продуктов, характеризующих прочностные характеристики материала. Новизна изобретения заключается в оценке относительной прочности, способе контроля качества (поврежденности) и целенаправленного получения композиционных материалов с максимально достижимой проч нос i ью. 2 vn.

Предлагаемый 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 начальнг го обьема гидростатическим взвешиванием, выдержку образца в жидкости при повышенной 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, 1822943

Определяют содержание низкомолекулярных продуктов (Л) в образцах путем сушки образца в вакууме до псстоянного веса либо методом экстракции из образцов в подходящем растворителе (ацетоне, спирте и др.), Рассчитывают относительную прочность образца по уравнению;

o„= (1 - AIg(fl + 1) (1 - I I)", (1) где А и n — 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: гуоп =- гто pв (1 - Alg(fl + 1)) (1 — П)", (2) где Ооо — опытная прочность, кгс/мм; гго—

2. предельная прочность материала, не содержащего пор и летучих, при обьемной доле волокна P„= 1; Л вЂ” летучие, мас. ;

П вЂ” обьемная доля пор; А и n — экспериментальные постоянные материала.

Таким образом пористость и присутствие летучих веществ (в том числе и влаги) независимо и аддитивно снижают прочность материала, Отношение ао,/по Р, = от — относительная прочно:.ть, . поэтому уравнение (2) получает фор",у;

Оот = (1 " I.I<" - I)E (1 П)

Анализ показал, что достижимая прочность зависит от содержания волокна, свойств компонентов, их взаимной адгезии, способа испытавший 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, ч о для органо- и углекомпозита коэффициент и = 3. Для определения ко:,. фиционта и используют образцы, содержащие одинаковое или близкое относительное количество низкомолекулярных продуктов, причем различия в пористости могут быть вызваны при изготовлении образцов введением порообразователей. Коэффициент А определяется из графика ао„/Р, (1- П)о — Ig (Л + 1) как tg наклона прямой. Экспериментами установлено, что для орл анокомпозитз А = 0,43, для углекомпозита A = 1,2. Напгз мер, для орга30

Для органокомпозита n = 3 и А = 0,43.

Если не учитывать отрицательного влияния на прочность низкомолекулярных продуктов, содержащихся в образце, то относительная прочность в зависимости только QT пористости будет иметь завышенный результат. B таком случае относительная прочность образца рассчитывается по формуле 91), где Л =- 0: n o, (1-0,183)"=0 55

40 Пример 2. Жгут из углеродных волокон пропитывают раствором эпоксидной

5

25 нокомпози1а нахождение и и А иллюстрируется фиг. 1 и 2.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для изготовления образца органокомпозита жгуты из арамидных волокон пропитывают связующим ЭДТ-10, состоящим из 10 частей эпоксидной смолы

ЭД-20, 1 части триэтаноламинотитана (ТЭАТ) и 1 части диглидицидного эфира диэтиленгликоля (ДЭГ-1). 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 — 0,43lg(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 мас. %, и по уравнению (1) рассчитывают относительную прочность:

Оот = (1 — 1,21g(0,6 1)) (1 — 0.017) = 0,66

1822943 о.,-(1-ад(Л+ 1)) (1-П)", бО

О

0 02 Оф 06 с)8 0 йП . I. Зависимость прочности (акоп ) органокомпоэвта от пористости (П ). р, (s-n) ъ

Относительная прочность беэ учета низкомолекулярных продуктов, рассчитанная по уравнению (1), где Л = О, будет равна оот = 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), отличающийся тем. что, с целью повышения точности контроля, дополнительно определяют содержание низкомоле5 кулярных продуктов (Л, $) и рассчитывают относительную прочность (а т) по уравнению:

10 где А и п — постоянные для данного материала, характеризующие снижение прочности последнего в зависимости от содержания низкси олекулярных продуктов и пористо15 сти соответственно.

1822943

g (л+ ) (,0

02 04 06 О, ФИГ. 2. О рвдвлвнив коаффицлвнта "А" для углвпластика.

Ив уравнанвн Овв--я ра f/-д ф+Ц(-д) 3 сланувт: врв Q /ð.р g)3 g д — y/ +

A = 1, й,83 = /,2

Составитель Л. Рудакова

Техред М.Моргентал Корректор С, Патрушева

Редактор О. Стенина

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

Заказ 2177 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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