Практическая работа № 8

Тема: Изучение физико-механических характеристик волокнистых армирующих материалов.

Цель работы: определить основные физико-механические характеристики компонентов волокнистых полимерных композитов и сравнить полученные результаты с паспортными данными.

Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретические сведения.

2. В тетради для практических работ письменно ответить на контрольные вопросы.

Теоретические сведения

Армирующие элементы - нитевидные кристаллы, волокна с аморфной структурой, металлические проволоки и поликристаллические волокна, которые вводят в матричную основу как без ориентации, так и придавая им определенную ориентацию.

Одним из основных способов изготовления армирующих элементов с необходимой ориентацией волокон является их текстильная переработка, в результате которой из проволоки или волокна получают сетки или ткани. Такие армирующие элементы характеризуются заданным порядком взаимного расположения нитей, наиболее простыми разновидностями переплетений являются полотняные (рис. 7.1, а) и саржа (рис. 7.1, б). Поскольку тканевые сетки изготавливаются из пластических волокон, им не свойственна высокая прочность, а контакт между продольными и поперечными волокнами приводит к их пережимам в процессе уплотнения.

Рис. 8.1. Виды армирующих сеток

Указанные выше недостатки отсутствуют у вязаных сеток, наиболее распространенными из которых являются сетки типов «кулирная гладь» (рис. 8.1, в) и «ластик 1 + 1» (рис. 8.1, г), они состоят из петель, которые образуют ряды, и столбиков из нанизанных друг на друга петель, расположенных в перпендикулярных рядам направлениях. Такие сетки хорошо растягиваются, что облегчает формовку заготовок армирования композиций, особенно для деталей сложных конфигураций. Их изготавливают из высокопрочных металлических проволок диаметром 0,02... 0,2 мм с относительным удлинением до 3%. Их объемная петлистая структура способствует уменьшению контактных напряжений, позволяет увеличить прочность и жесткость изделий при относительном смещении слоев в 2 - 2,5 раза. Недостатком данного метода является искажение арматуры, при росте толщины приводит к ухудшению свойств в направлении основы.

Для толстостенных деталей армирующая структура может быть образована переплетением трех нитей (рис. 8.2, а). При изготовлении материалов, армированных системой трех нитей, прочность на растяжение в трансверсальном направлении повышается в 4 - 5 раз, модуль сдвига между слоями - в 1,2 раза, прочность при сдвиге между слоями - в 2,5 раза.

Рис. 8.2. Пространственные структуры армирующих волокон

В последнее время для получения трехмерных армированных структур широко применяются технологии пространственного плетения. Получение необходимой структуры осуществляют непрерывным плетением волокон во время движения по направляющим базовой плиты в декатровойй (рис. 8.2, в) или цилиндрической (рис. 8.2, б) системе координат.

На данный момент используются композиты на основе стеклянных, борных, углеродных органических и других видов волокнистых наполнителей, что позволяет снизить вес конструкций, получить изделия с повышенной коррозионной стойкостью и теплостойкостью, высокими удельными характеристиками.

Одним из наиболее эффективных современных методов повышения физико-механических свойств композитов является их гибридизации - использование различных по составу волокон и обеспечение их пространственного расположения в композите.

На рис. 8.3 показана структура боросклонита, в котором параллельно расположены волокна бора, оплетенные стеклянной нитью с шагом 4 мм.

Рис. 8.3. Схема строения гибридного наполнителя

Использование волокон с различными прочностными, деформативными, геометрическими и другими характеристиками, а также вариация их соотношений позволяет получить наполнители с возможностью регулирования физико-механических свойств композитов в широких пределах, а также усовершенствовать технологию изготовления последних.

Основными физико-механическими характеристиками полимерных композиционных материалов является линейная плотность, площадь поперечного сечения, модуль упругости I рода и предел прочности на растяжение волокнистых армирующих материалов.

Для наиболее используемых волокон эти характеристики приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1