Физико-механические свойства волокнистых пластмасс

Таблица .2

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛОКНИСТЫХ ПЛАСТМАСС

Марка

Связующее

Наполнитель

Плотность, г/см³

σ_Вр,Н/мм²

σ_Всж,

Н/мм²

α_n,

кДж/м²

Т_м,

°C

ВЛ1

ФФС

Очесы хлопка

1,45

≥45

≥115

К-41-5

КОС

Асбестовое волокно

1,9

≥19

≥132

П-5-2

ФФС

Стеклонить

1,75

≥46

≥130

Таблица 3

 

Марка

Связующее

Наполнитель

Плотность,

г/см³

σ_Вр,

Н/мм²

σ_Всж,

Н/мм²

α_n,

кДж/м²

Т_м,

°C

Гетинакс 1

ФФС

Бумага

1,4

>100

>125

≥150

ПТК

ФФС

Х/б ткань

1,35

>100

>150

≥140

КАСТ-В

ФФС

Стеклоткань

≤1,85

ПО

60-90

СТ-9ФА

ФФС+КОС

Стеклоткань

1,8-1,9

СТ-911-1А

ЭС

Стеклоткань

1,65- 1,75

Таблица 4

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Марка

Связующее

Наполнитель

Плотность, г/см³

σ_Вр,

Н/мм²

σ_Всж,

Н/мм²

α_n,

кДж/м²

Е,

 Н/мм²

КМУ-1у

ЭС

Углеродный жгут ВМН-4

1,45 - 1,49

1,45 • 10⁵

КМБ-1

ЭС

Борные нити

2,0

1,89 • 10⁵

7Т

ЭС

СВМ

1,35

0,3 • 10⁵

ВКА-1А

Алюминий

Борные нити

2,6

-

σ_-1 = 600 Н/мм²

2,2 • 10⁵

В стеклотекстолитах в качестве наполнителя применяют стеклянные ткани различного переплетения. Более прочными являются стеклотекстолиты на основе стеклотканей сатинового переплетения. Стеклотекстолит на фенолформальдегидном связующем (типа КАСТ) недостаточно вибропрочен, но более теплостоек, чем обычный текстолит. Эпоксидные связующие обеспечивают текстолитам более высокие механические свойства.

Перспективными конструкционными материалами являются композиционные материалы (КМ), в которых в качестве армирующих применяются материалы в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей, обладающие высокой прочностью и жесткостью.

По характеру матрицы КМ подразделяют на полимерные, углеродные и металлические. По упрочнителю различают углепласты, содержащие в качестве упрочняющего материала углеродные волокна; боропласты с упрочнителями в виде борных волокон; органоволокниты с синтетическими волокнами; металлы, армированные волокнами или проволокой (табл. 4).

Основными преимуществами КМ являются:

- низкая плотность, составляющая от 1,35 до 4,8 г/см³ (для материалов с полимерной, алюминиевой, титановой матрицами);

- высокая жесткость и прочность, достигающие величин Е = 270000 Н/мм² и
σ_В= 1750 Н/мм ²;

- высокое сопротивление распространению трещин;

- низкая чувствительность к концентраторам напряжений;

- высокая жаропрочность и термическая стабильность.

К недостаткам КМ, сдерживающим их более широкое внедрение как конструкционных материалов,относятся:

- КМ - дорогие, особенно на полимерных связующих;

- сложная технология получения армирующих волокон, тканей, нитей, проволоки;

- анизотропия свойств по различным направлениям;

- низкое сопротивление сдвигу матрицы;

- невысокая прочность связи волокон с матрицей;

- низкое сопротивление эрозии при воздействии воздушных и газовых потоков.

По структурным признакам КМ делятся на две основных группы, принципиально различающиеся между собой. К первой группе относятся волокнистые и слоистые КМ. Вторую группу составляют дисперсно-упрочненные материалы, в которых несущим элементом является матрица, а упрочнение достигается за счет ультрадисперсных нерастворяющихся частиц, которые обеспечивают эффективное торможение дислокаций. Содержание волокон может колебаться от 15 до 75% объема. В дисперсно-упрочненных материалах оптимальное содержание дисперсной фазы составляет 2 - 4% объема, так как она создает только «косвенное» упрочнение.

Уровень максимальной температуры работы дисперсно-упрочненных никелевых сплавов при оптимальной дисперсности и равномерности распределения упрочняющих частиц составляет 1200 - 1300°С.

2. Методы определения механических и физических
свойств пластмасс

Механические и физические свойства и методы их определения для пластмасс и металлов имеют некоторые отличия. Определение механических свойств пластмасс проводят при испытаниях на растяжение, сжатие, ударный изгиб, а физических свойств - путем испытания на теплостойкость и светопрозрачность.

При испытаниях на растяжение по ГОСТ 11262-80 определяют:

- прочность при растяжении σ_рм

где F_рм - максимальная нагрузка, прикладываемая к образцу;

A₀ - первоначальная площадь поперечного сечения;

-    прочность при разрыве σ_{рр ,}

где F_рр- нагрузка, при которой произошло разрушение образца;

-    предел текучести при растяжении σ_{рт ,}

где F_рт - нагрузка, при которой образец удлиняется без заметного ее увеличения;

_- прочность при условном пределе текучести σ_{рту ,}

- где F_рту - нагрузка, при которой деформация составляет 0,2% первоначальной длины.

Определяются также характеристики пластичности: ε_рм, ε_р, ε_рт, D , D , D . Испытаниям подвергаются образцы, имеющие стандартную форму и размеры. В отличие от металлов армированные пластмассы при растяжении разрушаются без образования шейки, удлиняясь по всей длине, и остаточные деформации очень малы по сравнению с упругими.

Испытанию на сжатие, согласно ГОСТ 4651-82, подвергаются образцы, имеющие форму прямоугольной призмы или прямого цилиндра стандартных размеров. При этом определяются:

- разрушающее напряжение s_ср =

- предел текучести s_ст =

- прочность при условном пределе текучести s_сту =

Ударная вязкость пластмасс по ГОСТ 4647-80 определяется при испытаниях образцов без надреза (а_n) стандартной формы и размеров. Для слоистых материалов испытания проводят параллельно и перпендикулярно слоям. Для ячеистых материалов испытываются образцы без надреза.

Ударная вязкость пластмасс определяется отношением работы, затраченной на разрушение образца, к площади его поперечного сечения, измеряется в кДж/м² (кгс/см²).

Специфическим испытанием пластмасс является определение их теплостойкости по Мартенсу (ГОСТ 21341-75). Сущность метода заключается в определении температуры, при которой образец, нагреваемый с постоянной скоростью 50°С/ч и находящийся под действием постоянной изгибающей нагрузки, которая создает напряжение 5 Н/мм², деформирует его на заданную величину. Прибор для определения теплостойкости по Мартенсу состоит из зажимно-нагрузочного устройства (рис 1), указателя деформации, термо-
                                                                                                                                           7

шкафа с системой регулирования и измерения температуры. Положение перемещаемого груза на рычаге в мм определяют по формуле:

L_G =

где b - ширина образца, мм; S - толщина образца, мм; F_н - нагрузка, создаваемая верхней зажимной головкой с упорами и рычагом, Н;
l_н - расстояние между центром тяжести рычага с верхней зажимной головкой и продольной осью образца, мм; F_G - нагрузка, создаваемая перемещаемым грузом, Н.

Теплостойкость по Мартенсу, Т_м - это температура, при которой конец рычага длиной 240 мм перемещается на 6 мм.

Рис. 1. Схема зажимно-загрузочного устройства: 1 - ось указателя деформации; 2 - рычаг; 3 - перемещаемый груз; 4 - верхняя
зажимная головка; 5 - нижняя зажимная головка.

Органическое стекло - это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Критерием, определяющим пригодность органических стекол для эксплуатации, является не только
8

 прочность, но и оптические свойства. В связи с низкой теплопроводностью и высоким температурным коэффициентом линейного расширения на поверхности и внутри материала появляются мелкие трещины - "серебро". Этот эффект снижает прочность и прозрачность стекла.

Оптические свойства органического стекла оцениваются светопрозрачностью и светостойкостью.

Светопрозрачность характеризуется выраженным в процентах отношением интенсивности светового луча, прошедшего через испытываемый образец стандартной толщины, к интенсивности исходного светового луча источника света.

Светостойкость оценивается процентной величиной снижения светопрозрачности после облучения образца светом кварцевой лампы в течение определенного времени. По техническим условиям ее величина не должна превышать 2,5% для авиационных органических стекол.