Влияние прошивки преформы арамидными нитями на сдвиговые характеристики конечного изделия из углепластика

ЕСТЕСТВЕННО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ

И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Михеев Пётр Викторович, физико-математических наук, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Орлов Максим Андреевич, аспирант кафедры «МиТОМД», Московский государственный машиностроительный университет «МАМИ»,

Шаталов Роман Львович, технических наук, Московский государственный машиностроительный университет

«МАМИ»профессор кафедры «МиТОМД», Верхов Евгений Юрьевич, кандидат технических наук, Московский

государственный машиностроительный университет «МАМИ»доцент кафедры«МиТОМД»

ВЛИЯНИЕ ПРОШИВКИ ПРЕФОРМЫ АРАМИДНЫМИ НИТЯМИ НА СДВИГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНЕЧНОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА

Аннотация

В данной работе экспериментально проверена возможность увеличения сдвиговых свойства ПКМ при армировании в поперечном направлении. Для армирования были использованы арамидные нити малоготекса. Основа для образцов из углепластика изготавливалась методом вакуумной инфузии связующего. Есть предположение, что нити тонкого текса при прошивке не нарушают структуру ПКМ.

Разработана технология прошивки слоев углеродной ткани арамидной нитью и последующей инфузионной пропитки сухого пакета. Получены результаты, показывающие, что прошивка приводит к увеличению сдвиговой прочности высокопрочного слоистого углепластика.

Ключевые слова: углепластик, прошивка, арамид, вакуумная инфузия, прочность при сдвиге, углеродная ткань.

СИСТЕМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №16 - 2015

37

ъенн

ЗМатемшичешме и

шехн1жщеск1ше

науки

Ес

An annotation.

In this work is experimentally tested possibility of increase sdvigovykh properties of PKM at re-enforcement in transversal direction. For re-enforcement the aramidnye filaments of malogoteksa were used. Basis for the standards of izugleplastika was made the method of vacuum infuzii of connective. There is supposition, that the filaments of thin tex at sewing do not violate the structure of PKM. Technology of sewing of layers of carbon fabric is developed by an aramidnoy filament and subsequent infuzionnoy impregnation of dry package.

Keywords: ugleplastik, sewing, aramid, vacuum infuziya, durability at a change, carbon fabric.

Введение

Современные композиционные материалы обладают рекордными прочностью и жесткостью при растяжении в направлении волокон, но очень низкими свойствами при сдвиге. Этот факт осложняет внедрение композиционных в современную промышленность^^].

Давно существовали предположения, что объединение слоев в поперечном направлении путем создания 3-д структуры может повысить сдвиговую прочность [1,2].

В случае тонкостенных (до5мм) конструкций для создание трехмерной структуры можно использовать прошивку слоев. И с другой стороны при создании больших тонкостенных конструкций для средств транспорта используются препреговые технологии с последующим отверждением в автоклаве, что делает прошивку практически не осуществимой.

Появление технологий пропитки сухого пакета связующим дает возможность осуществить прошивку армирующего материала до его пропитки связующим. В работе [3,5] приведены положительные результаты влияния прошивки арамидными волокнами ПАБИ на прочность углепластика после удара.

Ранее были сделаны попытки прошивать слои высокопрочных волокон полиамидными капроновыми нитями удобными для текстильной переработки, но обладающих низкой прочность и модулем упругости.

В данной работе для прошивки слоев использованы высокопрочные арамидные волокна, обладающие высокой прочностью и жесткостью. Для того, чтобы снизить повреждение углеродной ткани при прошивке на использованы арамидные нити ПФТА (Армалон) линейной плотностью7,9 текс.

38

СИСТЕМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №16 - 2015

Михеев Н=В=9 Орлов М

Эксперимент.

Объектом исследования данной работы являлись две группы плоских образцов. Образцы изготовлены методом вакуумной инфузии на основе однонаправленной углеродной ткани SAATITEXINDUSTRIAUC350 (16слоев) и низковязкого эпоксидного компаунда ЭТАЛ-ИНЖЕКТ^Ь/МпоТУ2257-3570-18826195-03. Режим отверждения связующего соответствовал режиму, предусмотренному ТУ2257-3570-18826195-03, а именно: 24 часа при температуре 23±2° С и 4 часа при температуре 75±2°С. Образцы первого типа - исходный материал; образы второго типа-с прошивкой арамидной нитью).

При изготовлении многослойной преформы из углеродной ткани использовалась укладка с прошивкой. Данная преформа была выполнена на промышленной швейной машине ШК1Ь7-391(Япония). Пакет состоял из 16слоев материала, выкроенных из однонаправленной углеродной ткани Saati UC350 под углом 0.

Для прошивки использовалась высокопрочная и высокомодульная нить Арма-лон, производства РФ. Так как пакет состоит из большого количества слоев (общая толщина пакета 6мм), дополнительно использовалась водорастворимая подложка, ко -торая улучшила качество строчки и предотвратила сдвиг слоев. Параметры строчки указывались в техническом задании составляли: длина стежка 4мм, расстояние между строчками 4мм. Расстояние между строчками соблюдалось за счет нанесения на водорастворимую подложку линий прошивки.

Форма и размеры образцов для механических испытаний определялись ОСТ190199-75

«Материалы полимерные композиционные. Метод определения прочности при сдвиге методом испытания на изгиб» и приведены далее. Данный типоразмер образцов и методика испытаний, также соответствует стандарту ISO14130.

Нить Армалон, использованная для прошивки образцов была исследована для уточнения ее механических свойств при растяжении. Разрушающая нагрузка -1,6кг (вариация 16%). Прочность 2888МПа, (вариация2,16%), модуль упругости 127,57ГПа (вариация 2,34%) и предельная деформация-2.61%(вариация1,84%). Пример диаграммы деформирования арамидной нити, использованной для прошивки, приведен на рисунке 1.

Испытание образцов.

Объекты испытаний, непосредственно, перед проведением испытаний, проходили кондиционирование не менее чем в течение 16 часов при стандартной атмосфере

СИСТЕМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №16 - 2015

39

ъенн

ЗМатемшжческше и

техничиесйже

науки

Ес

23/50, в соответствии с ГОСТ12423-66 «Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)».

Рис. 1. Диаграмма деформирования нити Армалон при растяжении

Испытания проводились в условиях стандартной испытательной атмосферы 23/50 по ГОСТ12423-66 «Пластмассы». Условия кондиционирования и испытания образцов(проб)» на испытательной машине, тип Zwick/RoellZ100TEW, (Фирма>^,шскОтЬН&Со.КО”, Германия).

До начала нагружения (снятия кривой деформирования) образцы подвергались преднагрузке в размере 10Н, что предусмотрено методикой проведения испытаний. Скорость нагружения образцов в процессе испытаний была постоянной и составляла 2мм/мин. Ширина пролета между опорами при трехточечном изгибе составляла 30мм. Радиус опор был равен 2 мм, а радиус нажимного пуансона -5мм.

Анализ данных.

Диаграммы изгиба изготовленных образцов различных серий представлены на рисунках 2 (непрошитые образцы) и рисунке 3 (прошитые образцы). На рисунке 4 показано фото образца после испытаний.

40

СИСТЕМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №16 - 2015

Усилие в N Усилие в N

Михеев Н=В=9 Орлов М

Деформация в mm

Рис. 2 Диаграмма изгиба

Рис. 3 Диаграммы изгибы образов с прошивкой

Рис. 4. Образец углепластика с прошивкой арамидом после разрушения при сдвиге

СИСТЕМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №16 - 2015

41

ъенн

ЗМатшшмчешше и

техничиесйже

науки

На рисунке5 приведены значение прочности непрошитых и прошитых образцов, значения приведены с доверительной вероятностью 64%.

Рис. 5 Сравнение прочности при сдвиге прошитых и непрошитых образцов. Средние значения и разброс данных с доверительной вероятностью 65%.

Ес

Таким образом, в результате проведенных механических испытаний по определению прочности при сдвиге методом статического изгиба образцов углепластика двух различных серий получены следующие значения прочности при сдвиге т:35,66±3,15МПа-для исходного материала и 36,9±4,08МПа-для прошитого материала.

Выводы

Использование высокопрочных арамидых нитей для прошивки в сочетании с технологией вакуумной инфузии дает возможность повысить сдвиговую прочность углепластика, в том числе тонкостенных конструкций из него. Однако, для уточнения полученных данных требуются дальнейшие исследования для подбора оптимального шага прошивки, и оптимизации текстильного процесса. Кроме того, определенный эффект может дать использование более высокопрочных связующих в комбинации с прошивкой.

42

СИСТЕМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №16 - 2015

Литература

1. Жигун И.Г.,ПоляковВ.А. Пространственно- армированные пластины, Рига 1978, 215с.

2. Кавун Н.С.,ДавыдоваИ.Ф.,ГребневаТ.В. Композиты и наноструктуры, влияние стеклянного

и углеродного армирующих волокон на остаточную прочность композиционного материала после удара // COMPOSITES and NANOSTRUCTURES, №1, 2013, [678.84-419:677.521] 629.7.

3. Куперман А.М., ЗеленскийЭ.С. Исследование возможности увеличения прочностных характеристик композита путем их трехмерного армирования // Механика композиционных материалов и конструкций,2001,т.7, №4,стр. 434-444.

4. Михеев П.В., Орлов М.А., Малышев А.Н., Шаталов Р.Л., Верхов Е.Ю. Использование ара-мидных волокон для увеличения прочности углепластика при сдвиге вдоль слоев Известия МГТУ «МАМИ» № 1(23), 2015, т. 2, с.37-40.

6. ПолиловА.Н.,ТатусьН.А. Экспериментальное обоснование критериев прочности волокнистых композитов, проявляющих направленный характер разрушения // ВестникПНИПУ, 2012, Механика, №2, стр. 140-163.

УДК 697 Кузнецов Вячеслав Анатольевич,

кандидат технических наук, доцент кафедры Промышленное и гражданское строительство Университета машиностроения, Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) Москва, Россия

К ВОПРОСУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДРОВ И ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В КОТЛАХ МАЛОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ РАБОТАЮЩИХ НА КАМЕННОМ УГЛЕ В ЛЕСПРОМХОЗАХ И ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

В статье рассмотрены вопросы перевода котлов малой тепловой мощности с каменного угля на древесные отходы.

Котлы, каменный уголь, древесные отходы.

Annotation. The paper deals with the transfer of small thermal power boilers with coal to wood waste .

Key words: Boilers, coal, wood waste

СИСТЕМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ №16 - 2015

43