|
|
|
Навигация
|
Главная » Мануалы SyTKai:0 9cMWr напряжение а-деформация е пряжи кевлар.29 Йreния°b/67 (.ГиООО %Г*п^и SeVyJ. Р' п: /--1;/!- 9 о,. о л . - температуре- -87rgf rik/.: fJgli г - -54: . - 2,: . - .1-77: 2-21: 3-- й: 4 - 188; 5~ V 7-з99~с'°= * ~ * ~ (,сН/текс  а - кевлар-29; / - 0;?- 14-я -зг,. у г- , 2,6; 3 - 5.4; - 8,8 см-> = - кевлар-49: / - 0; г - 12.11. Прочность^ пряжи кевлар линейной плотностью 166,6 текс в сухом и мокром состоянии при 21 и 88 °С
* Каждое значение получено на основании испытаний пяти образцов. [6] показано, что большое падение прочности в зависимости от крутки для пряжи кевлар не может быть объяснено только влиянием геометрических факторов. По всей видимости, это явление обусловлено суммарным эффектом геометрии текстильной структуры и повреждений волокна, возникающих при крутке. На малых скоростях нагружения (Ю %/мин) волокно кевлар-29 может хорошо выдерживать многоцикловые нагрузки при достаточно больших деформациях, если его поверхность не испытывает трения [6]. На рис. 12.15 приведено время жизни (долговечность) волокна кевлар-29 толщиной 44,4 текс при многоцикловых испытаниях при 21 и 204 °С. Испытуемые волокна выдерживали весьма ограниченное число циклов до разрушения N в результате истирания о стальную поверхность. Устойчивость к изгибу. После приложения изгибающей нагрузки в течение короткого времени при 21 °С волокно возвращается в исходное состояние сразу же после снятия нагрузки. При увеличении времени приложения нагрузки, а также при повышении температуры испытания восстановление замедляется (рис. 12.16, 12.17). Волокна кевлар могут быть подвергнуты термофиксации. Результаты изучения влияния термофиксационных 12.12. Модуль сдвига при кручении волокон кевлар
lOrC  Рис. 12.15. Устойчивость к многоцикловым нагрузкам (зависимость числа циклов до разрушения от деформации е) пряжи кевлар-2 (44,4 текс, крутка 2 см ): А, в - тефлоновая поверхность соответственно при 204 и 21 С; Б - стальная поверхность при 21 С; Ьр - уровень деформации при разрыве 50 60 ТО во 30  0.5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 г) Рис. 12.16. Кривые восстановления р- (а, в) и стабильности изгиба 5 (б, г) нитей кевлар-29 (а, б) и кевлар-49 (в, е) как функции начального (предварительного) изгиба Рй при 21 °С при различной длительности выдерживания изгиба под нагрузкой и максимальной кажущейся деформации изгиба е, : I - результаты после быстрого снятия нагрузки; 2 - после выдерживания а течение 6 мии; 3 - после 16 ч; 4 - после 6 мес; 5 - нулевое восстановление  
15,8 31,5 />н,см В) 15,8 L 31,5 f> ,CM-J I I-L. 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 e,Vo Рис. 12.17. Кривые восстановления p- (a, в) и стабильность изгиба 5(6, г) нитей кевлар-29 (а, б) и кеапар-49 (в, г) после 1 мин выдерживания под нагрузкой при различной температуре как функции изгиба через 5 мин после снятия нагрузки р-1и максимальной кажущейся деформации изгиба е: ; - 204; 2 - 260; 3 - 316; 4 371 °С; 5 нулевое восстановление Рис. 12.18. Устойчивость к скручиванию R (!) и потеря прочности L (2) как функция температуры Т пряжи кевлар-29 [11,1 текс, время выдерживания при заданной температуре 1 мин, начальная крутка (чис-лов витков) п = 2,4 см~1]  gj ikS 204 Т,С   0 50 100 п,см О 50п,см~ Рис. 12.19. Типичные кривые зависимости усилие скручивания крутка я йитей кевлар-29 (а) и кевлар-49 (б): i - G = 1,3 ГПа обработок на свойства волокна, выполненные авторами работы [61, приведены на рис. 12.18. Крутильно-сдвиговые характеристики. В работе [61 изучалось влияние крутки пряжи на форму диаграмм зависимости на-МПа пряжение - деформация при круче- нии волокон кевлар. Крутильно-сдви-говые характеристики этих волокон представлены в табл. 12.12 и на рис. 12.19 [61. 12.2.6. Зависимость свойств от текстильной структуры Физико-механические характеристики различных текстильных структур кевлар-49 представлены в табл. 12.5. Прочность на растяжение лежит в интервале 438 ... 2627 Н/см и зависит от типа переплетений. 12.2.7. Технические условия Существуют два основных стандарта Американского общества по испытанию материалов {ASTM) на арамидные волокна: ASTM D-3317-74a для высокомодульной пряжи и ровинга и ASTM D-3318-74 для ассортимента, идущего в текстильную переработку. Имеется также ряд стандартов Общества инженеров-автомобилестроителей {SAE) на материалы для авиационной  о 1 2 } t 5£,/о Рис. 12.20. Типичные кривые напряжение а-деформация е эпоксидированной нити кевлар-49 (Г) и эпоксидной смолы - связующего ERC 2258/ZZi. 0820 (2), отвержденных при 93 °С в течение 3 ч, а затем при 163° С - 2 ч: 5 - напряжение при разрыве промышленности: AMS 3901 (июль 1973 r.J, на высокомодульные органические волокна, пряжу и ровинги, используемые для КВМ; AMS 3902 (июль 1973 г.) - для высокомодульных полотен и органических волокон для КВМ; AMS 3903 (июнь 1975 г.) для полотен и органических волокон, импрегнированных высокомодульными эпоксисмолами. Кроме перечисленных документов существует доклад Ливерморской лаборатории министерства энергетики США f/C/D-17229 (август 1976 г.), в котором даны технические условия на кевлар-49 и на образцы изделий для определения предела прочности на растяжение. 12.3. КВМ на основе арамидных волокон 12.3.1. Волокнистые стренги с эпоксидным связующим Информация, которую дает оценка прочности одиночных волокон, недостаточна для прогнозирования прочностных характеристик КВМ, в том числе и эпоксидированных стренг. Взаимодействие связующего с волокном во многом определяет перераспределение напряжений между элементами арматуры . Вместе с тем прочность .матрично-и.мпрегнированных стренг, изготовленных с оптимальным количеством волокна, достоверно отражает максимально достижимые свойства КВМ. Стренги, сформованные из эпоксиимпрегнированных волокон, представляют собой основные блоки, из которых строятся сложные КВМ; они легко могут быть получены либо методом мокрой намотки на барабаны с последующим отверждением, либо как препреги - из ровингов. В результате получают экспериментальные образцы - микропластики . На рис. 12.20 [121 представлены диаграммы нагрузка-деформация для .микропластика из волокна кевлар-49 линейной плотностью 4,2 текс при объемном содержании связующего 71,5 %. Для жгутов с большей линейной плотностью прочность всегда несколько ниже (табл. 12.13) [121. Влияние прочности волокна на свойства микропластиков часто не бывает однозначным, так как на конечные результаты оказывают влияние различные факторы: размеры, в том числе и толщина жгута, а также методы испытаний, содержание волокна, свойства связующего и др. 12.3.1.1. Влияние свойств связующего на прочность волокон в КВМ Благодаря способности передавать приложенное к образцу КВМ напряжение, связующее может сильно влиять на прочностные характеристики волокна в стренге (микропластике). Адгезия и модуль - это два важнейших свойства, определяющие способность связующего передавать приложенные напряжения. Совместное проявление этих двух свойств существенно влияет на тип разрушения КВМ и, в конце концов, определяет низкую или вы- 12.13. Прочность волокна кевлар-49 в эпоксикомпозитах СО Ш в. о. МПа 42,2 157,7 С С 71,5 3510 6,3 474 69 3047 4,0 10 42,2 157,7
в мав^м'Гоо^еТи ш Гз о * эпокснснстема ERL 2258/ZZL10820 емна?1лГ волокна /- Растянутое кольцо; G-стренга; F. о - обь- 12.14. Сводка эпоксидных систем
9 10 Высокожтнеспособные XD 7818/XD 7114/Тонокс LC XD 7SWXD 114/Тонокс 60-40/ 2,6 DAP XD 7575 : 02/XD 7818/ XD 7114/2,6 DAP ERE 1359 ?D-2/2,6 DAP 100/45/50,3 100/30/13,2/13.2 50/50/45/14,1 100/12; 5/23/9 5/60 5/60 3/120 3/120 ERL и 771 тД- * P Г зготовители препаратов: 362 -- 51/80 3/120 12/80 2/100+ +2/125+ +4/150 : ; ERE и RD - сокую прочность волокна. При низком модуле связующего, напряжения в КВМ распределяются так, что одиночные волокна оказываются нагруженными независимо друг от друга. В этом случае разрыв одного волокна ведет к перенапряжению других и в конечном итоге возникает лавинообразный процесс разрушения. В результате отсутствия синергетического эффекта средняя прочность волокна в композите оказывается низкой. Если же адгезия и модуль волокна выбраны правильно, все волокна в стренге работают как единое целое и реализованная прочность волокна будет высокой. На практике, однако, мы имеем дело с областью значений характеристик компонент, лежащей между экстремумами, и обычно реализуются лишь средние значения прочностей. Опубликованные данные по свойствам микропластиков на основе кевлара-49 показывают, что при использовании эпоксидных связующих со сходными характеристиками средняя прочность волокон изменяется незначительно (табл. 12.14 и 12.15) [13]. 12.15. Прочность'* волокна в различных импрегнированных эпоксисвязующими стренгах кевлар-49 (42,2 текс)
* в скобках приведены доверительные интервалы значений при вероятности 95 %. ? Эти результаты получены на пятя шпулях пряжи. Испытания стренг проводились из различных мест по толщине шпули. Коэффициент вариации каждой исследованной системы менее Св <S 7 % и номинально Св = 4,5 %. 12.3.1.2. Влияние объемного наполнения на прочность волокна в композите Влияние объемного наполнения на прочность волокна в микропластике изучено недостаточно. Данные, полученные на стренгах из волокон кевлар-49 (158 текс) и кевлар-29 (167 текс) с эпоксидным связующим Ь£/?/332/Джеффамин Г-403 фирм Дау кемикал и Джефферсон кемикал приведены на рис. 12.21. Наилучшие прочностные свойства достигаются при наполнении 65- 70 %. 12.3.1.3. Влияние температуры и влажности на прочность волокна На рис. 12.22 приведены графики температурной зависимости прочности для образцов микропластика из волокна кевлар-49 с линейной плотностью 500 текс как в сухом состоянии, так и после двухнедельного выдерживания в воде. В интервале температур 22-150 °С присутствие влаги обусловливает потерю примерно 10 % прочности, а под влиянием нагрева - 28 %. Однако низкая температура (жидкий азот) или изменение скорости деформации (от 8,33 10 до 8,33 Ю с ) мало влияет на прочностные характеристики волокна [14]. 12.3.1.4. Долговечность При решении конструкторских задач необходимо знание не только прочностных параметров КВМ, но и характера изменения этих величин во времени. Определение фактора безопасности изделия обычно основывалось на данных по статической прочности и величине остаточной прочности. Однако в [151 было показано . 6д, ГПа .МПа  30 40 50 60 10 80 90 Рис. 12.21. Влияние объемной доли волокна на предел прочности прн растяжении Og волокна (/, 2) и композита (3, 4) марок кевлар-49 (/, 3) и кевлар-29 (2, 4)  2068 Рис. 12.22. Температурная (Т) зависимость предела прочности при растяжении о^ волокна в эпоксидированных стренгах ( микропластиках ) кевлара-49 в сухом (7) и в мокром (2) состоянии  Рис. 12.23. Зависимость долговечности эпоксидированных стренг ( микропластиков ) кевлар-49 (связующее фирмы Юнион карбайд ERL 2258/ZZL 0820, 100/30 массовых частей), отвержденных при 93 С в течение 3 ч и 2 ч при 163 °С - 2 ч от напряжения а. Начальный предел прочности при растяжении Oj, = 3450 МПа. Количество разрывов: / - 1: 2 - 2; J - 6; < - 10: 5 - 30: 6 - 50; 7 - 70; в ~ 90; 9 - 99; 10- 100 % W w ro° w ю' >0 в,Ч отсутствие корреляции между величиной остаточной прочности и временем жизни (долговечностью) для КВМ на основе кевлара-49 и эпоксидных связующих. При прогнозировании долговечности КВМ при инженерно-конструкторских расчетах в [151 рекомендуется использование данных по разрывным напряжениям вместо величины прочности. Разрушающие напряжения для КВМ иа основе волокна кевлар-49 подробно изучались авторами работ [14, 16] и представлены на рис. 12.20. Результаты длительных экспериментов с образцами, находившимися под нагрузкой в течение почти пяти лет, представлены на рис. 12.23. В связи с тем что обычные испытания на долговечность требуют очень длительных экспериментов, в [171 была предложена методика ускоренных испытаний. По этой методике были исследованы микропластики на основе волокна кевлар-49 [12]. Средняя долговечность (в часах) описывается следующим выражением: <ср = 7,9.10 ехр [(18 246 - 123аотн)/71. где Т - температура, К; Оотн - доля среднего предела прочности волокна при растяжении, %. С учетом распределения Вейбула, это выражение хорошо описывает долговечность КВМ на основе волокон кевлар-49 и эпоксидных связующих в ограниченном интервале при^юженных напряжений (рис. 12.24). Рис. 12.24. Сравнение расчетной (/) долговечности при 25 С с экспериментальной (2), полученной при разрыве при комнатной температуре эпоксидированных стренг ( микропластиков ) кевлар-49 со связующим, как на рис. 12.23 (верхняя, средняя и нижняя кривые соответствуют количеству разрывов 90, 50 и 10%)  12.3.1.5. Усталостные свойства Для однонаправленных КВМ свойства материала определяются в основном свойствами армирующего наполнителя. В работе [19] изучались усталостные свойства волокон кевлар-49, результаты которых сводятся в основном к следующему. 1. При циклическом нагружений с частотой /=50 Гц наблюдается очень узкая гистерезисная петля . После пяти циклов структура волокна становится практически стабильной и только незначительная часть подводимой механической энергии переходит в теплоту. Следовательно, в результате многоцикловых испытаний существенного нагрева волокна кевлар-49 не происходит. 2. Циклическое нагружение волокна с максимальной нагрузкой при / = 50 Гц (при варьировании нагрузки) может существенно изменить долговечность материала. Определенные отличия долговечности проявляются в том случае, если минимальная нагрузка возрастает, а максимальная остается постоянной. 3. Волокно кевлар-49 проявляет более высокую устойчивость к усталостному разрушению по сравнению с другими полимерными волокнами в идентичных условиях. Следует отметить, что работ, посвященных усталостному поведению эпоксидированных стренг кевлара-49 немного (см. рис. 12.20) [20]. При синусоидальном приложении нагрузки, составляющей 1 ... 88 % разрывной, с частотой 10 Гц долговечность изменяется примерно в диапазоне 2000 ... 76 ООО циклов. Все десять исследованных образцов претерпели соответствующее изменение длины. Эти результаты свидетельствуют о том, что, во-первых, точность определения времени жизни (долговечности^ требует большого числа испытаний; во-вторых, величина среднего времени жизни смысла не имеет, так как дисперсия этой характеристики очень велика. 12.3.2. Кольцевые образцы на основе арамидных волокон и эпоксидных связующих Для изучения продольных механических характеристик однонаправленных КВМ наибольшее распространение получило испытание кольцевых образцов (ЛМА-колец) . Существуют два стандарта кольцевых однонаправленных образцов: обычные и ЛМА кольца, в которых два полукруга соединены прямолинейными участками длиной 25 мм. Данные для колец, изготовленных из эпоксидированного волокна кевлар-49, приведены в табл. 12.13. На рис. 12.25 приведена зависимость прочностных характеристик 6g, МПа. . МПа * В лаборатории морской артиллерии США (ЛМА) было предложено испытывать кольцевые образцы КМ, отрезанные от труб, изготовленных методом иамотки (метод ЛМА). 2500\- гоооУ- 750 oh  /500 h 70 00 h  500 h Рис. 12.25. Результаты изучения устойчивости к гидролизу волокон (а) и композита (б) - зависимость предела прочности при растяжении от объемной доли волокна в композите - (каждая точка представляет собой средний результат 10-14 испытаний, стандартное отклонение ±1): / стекловолокно S2; 2 кевлар-49; 3 кевлар-29; 4 = стекловолокно £ колец ОТ объемного содержания наполнителя для различных систем (кевлар-49 и кевлар-29 с линейной плотностью 157,7 и 166,6 текс соответственно). 12.3.3. Одноосно-ориентированные листовые композиты на основе волокна кевлар-49 и различных эпоксидных связующих Многие работы посвящены одноосно-ориентированным композитам. Здесь будут суммированы результаты оценки некоторых свойств КВМ. 12.3.3.1. Технические характеристики Свойства КВМ могут сильно варьироваться в зависимости от выбора связующего и условий формирования. Это обусловливает необходимость чрезвычайно точной оценки свойств связующего, так как процессы отверждения связующего в присутствии армирующего наполнителя и без него различаются. В табл. 12.16 [22] и на рис. 12.26 приведены данные о свойствах одноосно-направленных КВМ, полученных намоткой и прессованием. Использовалось волокно кевлар-49 (157,7 текс) с эпоксисвязующим D£/?332/r-403 (соотношение массовых долей 100/45). Композиция выдерживалась в течение 24 ч при комнатной температуре и 16 ч при 85 °С. Типичные характеристики системы приведены на рис. 12.27 и 12.28 [8]. 12.16. Свойства (157,7 текс) и эпоксисвязу! [соотношение 100/45 (масс)] а. Упругие характеристики однонаправленных микропластиков> * ва основе кевлар-49 эпоксисвязующего DER 332/Джеффамии Г-403 а.ГПа Свойства Значение Продольный модуль упругости, £и, ГПа Поперечный модуль упругости, £3, ГПа Модуль сдвига, Gia, ГПа Коэффициент Пуассона vi2, характеризующий деформации по толщине при нагружеиии образца в направлении армирования Коэффициент Пуассона V21, характеризующий деформации по толщине при иагружении в поперечном армированию направлении б. Прочностные характеристики 81,8±1,5 5,10±0,10 1,82±0,09 0,310±0,035 0,0193±0,0014 Свойства Растяжение Сдвиг в, пр. МПа 1850±50 (235±3) 8пр. % 2,23±0,06 (0,48±0,03) <в.поп, МПа 7,9±1,1 (53±3) епоп, % 0,161±0,023 (1,41±0,12) 1од п]ри 8сд = 0,2 %, МПа - - Вод, % - - 24,4±2,4 1,55±0,16 е. Термические характеристики при различной температуре
-3,8 61 2,62 840 -3,8 66 2,84 0,27 930 -3. 72 8 -4,0 79 6,0 150 3,05 0,33 1020 3,22 0,35 1120 3,31 0,37 1190 Температурный коэффициент линейного расширении 10, К-*: пр *поп Теплопроводность, Вт/(м- К): поп Теплоемкость Ср, Дж/(кг-К) 1 Микропластик - однонаправленный КВМ, ........... .............. иием (пропиткой) нити, пряжи или стренгн с последующим отверждением по режиму, оптимальному для использования данного связующего. ? Отверждение связующего проводилось в течение 24 ч при комнатной температуре и 16 ч при 85 °С. Номинальная объемная доля волокна в КВМ о = - 60 %. Доверительная вероятность 95 %. Данные для доверительного интервала приведены для одиночного образца. Данные, приведенные в круглых скобках, относятся к микропластикам со связующим XD 7818/7-403. Константы упругости приведены как для растяжения, так и для сжатия. , 0--.° ®?® * температурный коэффициент линейного расширения при 125 С поп - 214-10~е К~*. 3,44 1300 полученный импрегиирова-  0,2 еУо Рис. 12.26. Усредненные диаграммы зависимости напряжение о; т - деформация 8 при продольном (а) и поперечном (б) растяжении и сдвиге (в) до деформации 0,2 % и точки разрыва образцов композитов иа основе волокна кевлар-49 (£)£/? 332 фирмы Дау кемикал ) и эпоксисвязующего Г-403 (фирмы ( Джефферсон кемикал ) при объемной доле волокна 60 % 12.3.3.2. Усталость и ползучесть КВМ Данные о пределе усталости и ползучести КВМ представлены на рис. 12.29 [81. В ряде работ отмечается на кривой ползучести КВМ наличие двух участков, характеризующих соответственно области первичной и вторичной ползучести [231, [241. В работе [191 отмечена малая текучесть нагруженного волокна кевлар-49. Эриксен [241 изучал ползучесть волокна кевлар-49 с цикло-алифатическим эпоксидным связующим {кевларА9/ЕР1А i6l7/MPDA). Полученные им результаты приведены на рис. 12.30. Здесь деформация текучести равна общей деформации минус мгновенная деформация, определяемая на кривой зависимости напряжение-деформация данного композита (рис. 12.31). Предел прочности при растяжении для КВМ составляет 1240 ... 1380 МПа. На рис. 12.32 приведены кривые ползучести КВМ в логарифмической шкале времени; на основании полученных данных были сделаны следующие выводы: КВМ на основе волокна кевлар-49 и эпоксидного связующего при комнатной температуре не имеют предельного времени ползучести вплоть до 1000 ч;  ,МПа  0,1 о,г 0,3 o,i 0,5 е,Ус  Рис. 12.27. Зависимость напряжение а - деформация 8 однонаправленного композита на основе волокна кевлар-49 и эпоксисвязующего ВР-907 фирмы Америкен цианамид (автоклавное прессование при давлении 345 кПа, объемная доля волокна 60%, £= 74,5 ГПа) при растяжении вдоль оси ориентирования волокон Рис. 12.28. Зависимость напряжение а - деформация в; Всж однонаправленного композита на основе волокна кевлар-39 и эпоксисвязующего SP-306 (ЗМ) (автоклавное прессование под давлением 1034 кПа, объемная доля волокна 60 %) с нагружением поперек оси армирования при растяжении (а) и сжатии (б)  10 10 /(7* Ю' 10 N 200 t. Ч Рис. 12.29. Усталостные свойства однонаправленных композитов и алюминия (зависимость предел выносливости Од - число циклов до разрушения Л^) при комнатной температуре (переменное напряжение составляет 0,1 от разрывного): / - волокно кевлар-49 н эпоксисвязующее SP-306 (ЗМ) 2 - бороволокно н эпокснсвя-зующее: 3 - стекловолокно S н эпоксисвязующее; 4 - алюминий 2024-73; 5 - стекловолокно Е и эпоксисвязующее (ЗЛ1) Рис. 12.30. Зависимость ползучести вц от времени / для однонаправленного КВМ на основе волокна кевлар-49 и эпоксисвязующего 4617 (фирмы Юиион карбайд ) при комнатной температуре и напряжении: / - 1030; 2-510; 3 - 170; 4-70 МПа 6,ГПа  0,5 1,0 1,5 2,0 е,%  10 10 г,ч Рис. 12.31. Зависимость напряжение а - деформация 8 волокна кевлар-49 (/), КВМ (2) и эпоксисвязующего 4617 (5) при комнатной температуре Рис. 12.32. Временная it) зависимость ползучести, Вц однонаправленного КВМ на основе волокна кевлар-49 и эпоксисвязующего 4617 при комнатной температуре и напряжении: 1 - 1030; 2 - 510; 3 - 346; 4 - 170; 5 - 70 МПа при продолжительности нагружения свыше 10 ч временная зависимость деформации текучести линейна при всех исследованных исходных напряжениях; при больших значениях времени нагружения ползучесть КВМ определяется ползучестью волокна кевлар-49. 12.3.3.3. Сдвиговые свойства Характеристики межслоевого сдвига (определяемые методом короткой балки ) для КВМ на основе волокна кевлара-49 и большого числа эпоксидных систем (ис- пла питание по ASTM D-2344-72) при номинальном соотношении волокно/ ig - связующее (65 : 35) представлены в табл. 12.17 [25]. Однако результаты, полученные этим методом, вое- зо -производятся не очень хорошо. К сожалению, до настоящего времени не существует достаточно надежного Рис. 12.33. Зависимость деформации е от напряжения при сдвиге х композита на основе волокна кевлар-49 и эпоксисвязующего 4617 (номера кривых соответствуют порядковым номерам связующих в табл. 12.18)  12.17. Результаты испытаний на сдвиг методом короткой балки> образцов КВМ на основе волокна кевлар-49 и эпоксидного связующего 12.18. Свойства при сдвиге эпоксидных связующих
Образцы вырезаны: тип 1 - из однонаправленного КВМ. полученного прессованием; тип 2 - из прямолинейных участков ЛМА-колец; тнп 3 - из кольцевых участков ЛМА-колец. ? Допуски соответствуют 95 %-ному доверительному интервалу. метода определения напряжений межслоевого сдвига в КВМ. В [26 ] приведено сравнение нескольких методов определения сдвиговых характеристик КВМ: в частности, для межслоевого сдвига рекомендуется методика растяжения под углом ±45° в плоскости слоев (метод параллелограмма ). В табл. 12.18 [27 ] сведены данные по сдвиговым характеристикам КВМ на основе волокна кевлар-49 с линейной плотностью 1420 текс и различных эпоксидных связующих, определенные методом параллелограмма . На рис. 12.33 приведены соответствующие кривые зависимости напряжения от деформации при сдвиге [27]. 12.3.4. Сосуды, работающие под давлением, выполненные методом намотки из КВМ на основе арамидных волокон и эпоксидных связующих Волокна кевлар-49 применяются чаще всего для изготовления резервуаров, способных выдерживать большие внутренние давления. Такое применение позволяет использовать высокие прочностные свойства этого волокна. Ниже описаны свойства таких изделий, выполненных методом намотки. 372
1 XD 7818IERL 4206/ Тонокс 60-40 (80/20/29,1) 2 DER 332/Джеффамин Т = 403 (100/39) 3 ERL 2256/Тонокс 60-40 (100/29,5) 4 Епон 826 ?D2/ToHOKC 60-40 (100/25/28.3) 5 ХВ 2793/Тонокс 60-40 (100/25,6) 6 XD 7818/XD 7575, 60-40/DAP (50/50/45/14.1/14,1) 7 7818/XD 7114/Тонокс LC (100/45/50.3) 2,5/804-2/160 21.4 (2.6) 1.35 (2.2) 1884 (3,9) 3 24/60 29,4 (2,0) 1,73 (2.3) 1923 (4.7) 5 16/50-f2/120 23,0 (8.6) 1,49 (2,2) 1775 (0,9) 3 3/60-f2/120 23,4 (6,3) 1.91 (6,5) 1520 (3,9) 4 2/90-f2/160 21,9 (0,3) 1,69 (2.9) 1600 2 5/80-f 3/120 39.7 (0,9) 2,43 (2,5) 1852 (1.7) 5 5/60-f3/120 31,9 (3,4) 1,91 (4,5) 1850 (1,5) 4 12.3.4.1. Проектирование и изготовление сосудов Сосуды, изготовленные намоткой волокна кевлар-49, представляют собой обычные цилиндры или сферы, футерованные резиной, тонкой полимерной пленкой или листовым металлом 28- 33]. Сосуды, полученные намоткой из волокна кевлар, должны выдерживать большие взрывные нагрузки. Для расчетов используют параметр, определяющий свойства таких сосудов: P-VIW, где Рв - давление взрыва; V - объем резервуара; W - общая масса конструкции или композита. Совместными усилиями Льюисовского исследовательского центра НАСА и Ливерморской лаборатории им. Лоренса было исследовано влияние изменения отношения длины к диаметру [LID), прилива к диаметру {diD) и формы торца сосуда (контура купола) на формоустойчивость резервуара диаметром 102 мм на основе волокна кевлар-49 и эпоксидной композиции 5]. Разработаны следующие типы цилиндрических моделей, полученных намоткой: соотношение LID, равное 1,37; 2,0; 3,0, для цилиндрической намотки; соотношение LID =\,2.7 и djD, равное 0,104; 0,166 и 0,234, для цилиндрической намотки; для винтовой намотки модель с полусферическими торцами; соотношение dID = 0,104 с наличием цилиндрической части длиной 76 мм. Все модели были намотаны на станках с числовым программным управлением. Волокно импрегнировалось эпоксидным связующим в узле вакуумной пропитки (давление 670 Па) и после прохождения формующего канала толщиной 0,25 мм наматывалось на оправку размывного типа. Испытание моделей осуществляют методом однократного гидравлического удара (после аппаратурной заделки фланцев модели) с определением поперечных и продольных деформаций. Результаты исследований приведены в табл. 12.19 [261. В столбцах 1-3 показано влияние изменения соотношений LID. Выше значений LID = 3,0 улучшения прочностных характеристик не наблюдается. Влияние масштабного фактора dID при намотке моделей показано в табл. 12.19 (столбцы /-4 и 5). Результаты показывают, что не наблюдается различий больших чем 10 ... 23 % для изученного диапазона соотношений dID. Влияние формы купола на величину Ра1к отражено в столбцах 4, 6 и 7 табл. 12.19. Наилучшие характеристики показывают модели сосудов, полученные винтовой намоткой. Модели с полусферическими торцами оказываются наихудшими. 12.19. Результаты испытаний сосудов высокого давления диаметром 102 мм, изготовленных из гуммированного КВМ иа основе волокна кевлар-49 и эпоксисвязующего
Конструкция: угол намотки 9 контур свода diD LID Масса композита Wy, г Св. % Объем сосуда. V, см Св. % Уь. о. % Св. % р при 22 °С, кг/м Толщина, мм: сосуда продольных слоев кольцевых слоев
Испытания проводились при температуре окружающей среды при скорости подъема давления внутри сосуда 0,12 кПа/с. 2 Локализация разрушения: Н - кольцо; К - цапфа; Ф - фитинг. Например, 2Н+1К - среднее разрушение двух сосудов по кольцу и одного по цапфе. Исследования, проведенные в Ливерморской лаборатории им. Лоуренса, показали, что испытания композиционных материалов в модельных сосудах под давлением осуществляются в условиях реализации в волокнах разрывных напряжений -310 МПа. Это существенно больше, чем при любых других видах испытаний. Высокие прочностные свойства в сочетании с ма- 1 ... 15 16 17 18 19 20 21 22 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
 |
