1294

Л, Вт/М-К

Следующим шагом в проведении исследования было изучение взаи­ мосвязей между физическими характеристиками органо- и углепласти­ ков и показателями их структуры р, у» Р• Рис. 1 отражает изменение коэффициентов теплопроводности однонаправленного органопластика, измеренных по направлению армирования (Яц) -и в поперечном направ­ лении (л±). Обращает на себя внимание широкий диапазон изменения Хц; А,± от р практически не зависит. Высокая чувствительность Яц к р объясняется значительной теплопроводностью органоволокон вдоль их оси, которая почти на порядок больше как теплопроводности волокон в поперечном направлении, так и теплопроводности связующих на основе эпоксидных смол.

Такой же характер имеют зависимости скоростей распространения УЗК С\\ и ci от р однонаправленного органопластика. Для органопла­ стика спирально-тангенциальной намотки (СТН) наиболее информа­ тивна по отношению к р скорость ctR, измеренная по направлению более сильного армирования (рис. 2). Поскольку в настоящее время отсутст­ вуют методы точного и быстрого измерения ц непосредственно в изде­ лии, для диагностики р органопластика наиболее подходящим является ультразвуковой метод; метод диагностики р по Х\\, принимая во внима­ ние его высокую чувствительность, следует рассматривать как пер­ спективный.

Высокая жесткость углеродных волокон приводит к значительному изменению Сц углепластика даже при небольшом увеличении их содер­ жания (рис. 3). При точности измерения скорости распространения УЗК. 1% такая связь между Сц п р позволяет диагностировать коэффициент

постоянство других факторов, показатели прочности и упругости могут быть определены по установленным зависимостям с привлечением ха­ рактеристик структуры, диагностированных рассмотренными выше спо­ собами. Близкий характер зависимости некоторых физико^механических характеристик от ц или р позволяет установить непосредственные взаи­ мосвязи между их изменениями. Такова, например, связь между моду­ лем упругости Е однонаправленного углепластика, определенным из опытов на растяжение, и динамическими модулями упругости Етт и Н> рассчитанными соответственно по скорости распространения УЗ К и соб­ ственной частоте изгибных колебаний образца (рис. 6).

При более сложном сочетании факторов, обусловливающих измене­ ние механических характеристик композита (например, вследствие из­ менчивости свойств компонентов, разной степени поврежденности арми­ рующих волокон, изменения общего дефектного состояния композита и т. п.), требуется выявление, как правило, комплексов физических ха­ рактеристик, чувствительных к факторам, вызвавшим изменчивость ме­ ханических свойств. Так, прочность стеклотекстолита ЭФ-32-301 наи­ более точно диагностировалась по комплексу из трех характеристик — скорости ультразвука в направлении основы, коэффициента теплопро­ водности в поперечном к плоскости армирования направлении и диэлек­ трической проницаемости [3]. Включение в комплекс третьей характе­ ристики (диэлектрической проницаемости), хотя и не сопровождалось значительным увеличением точности диагностики, однако расширяло диапазон применимости данногб метода диагностики, так как позволяло учесть влияние на прочность увлажнения материала. Прочность при растяжении и изгибе ортогонально армированного углепластика, изго­ товленного при разных режимах прессования и прочих равных условиях, наиболее тесно коррелировала с комплексом из двух характеристик — тепловой активности и электропроводности (реактивной составляющей вихретокового преобразователя). Электропроводность, связанная с плот­

166 В. В. МУРАШОВ, А, Ф. РУМЯНЦЕВ, Ю. Н. БУЗНИКОВ

включающие в качестве параметров неразрушающего контроля скорость и затухание ультразвука, диэлектрическую проницаемость, коэффициент теплопроводности и др.

Точность определения непосредственно в изделиях некоторых физи­ ческих характеристик материалов, используемых в качестве параметров неразрушающего контроля, зачастую невелика. Очень низка точность определения коэффициентов теплопроводности и коэффициентов затуха­ ния упругих колебаний в изделиях, причем результаты измерений в не­ которых случаях отклоняются от истинных значений в 1,5 и более раз [1,3].

Нами предложено [7] для определения упругих и прочностных свойств, плотности, пористости, содержания компонентов и других харак­ теристик ПК.М использовать акустический комплексный метод, позволя­ ющий оценить характеристики ПКМ в изделии по двум параметрам — скорости распространения упругих волн и по значению частоты основной составляющей спектра импульса, многократно прошедшего изделие по толщине в прямом и обратном направлениях. Физико-механическую характеристику материала изделия при этом определяют по комплекс­ ному параметру, включающему значения скорости распространения им­ пульса и частоты основной составляющей спектра импульса. При опре­ делении скорости распространения импульса УЗК импульс излучают и принимают на низких частотах (60—150 кГц), что обеспечивает прохож­ дение импульсов на базе 50—100 мм, а при определении частоты основ­ ной составляющей спектра импульса УЗК импульс излучают и прини­ мают в высокочастотном диапазоне (2—3 МГц).

Для исследования корреляционных связей физико-механических ха­ рактеристик ПКМ с параметрами неразрушающего контроля были изго­ товлены пластины из углепластика методом прямого прессования из предварительно пропитанных связующими полуфабрикатов (препрегов).

Формование пластин проводилось по нескольким режимам, предпола­ гавшим изменение температуры, выдержки и давления формования. При изготовлении пластин при давлении формования р = 0,1; 0,3ртах исполь­ зовалась пропитанная углеродная лента с большим наносом связую­ щего (Ртах — в эксперименте максимальное давление формования), а при давлении формования, равном 0,5; 0,7; 1,0 ртах, — с пониженным содержанием связующего. Применение пропитанной углеродной ленты с большим наносом связующего позволило уменьшить и, с целью сокра­ щения числа переменных параметров, выравнять пористость пластиков, изготовленных при давлении 0,1; 0,3ртах.

Укладка слоев в пластине для всех образцов однонаправленная; количество слоев в пластине во всех случаях 20; размеры изготовленных пластин 240x230x3 мм.

Технология изготовления пластин из углепластика для исследования связи модуля упругости при растяжении с параметрами неразрушающего контроля аналогична предыдущей. Удельное давление формования со­ ставляло 0,5рп1ахОсобенностью изготовления пластин является приме­ нение двух типов разномодульных углеродных лент с различным их соотношением. Укладка слоев, число которых 8, однонаправленная, раз­ меры пластин в плане 800X420 мм.

анализатора спектра подавался недетектированный сигнал от дефекто­ скопа. Контроль проводился так же, как и при измерении скорости УЗК при одностороннем доступе, при этом в пластину излучались прямым преобразователем импульсы УЗК, тем же преобразователем принима­ лись импульсы, отраженные от противоположной стороны пластины.

Методика определения частоты основной составляющей спектра им­ пульса УЗК при его прохождении по толщине изделия состоит в уста­ новке головки дефектоскопа ДУК-66П на поверхности контролируемого изделия и определении по экрану анализатора спектра СЧ-25 частоты наибольшей по абсолютной величине составляющей амплитудного спектра»

Испытание на межслойный сдвиг проводилось методом короткой балки на испытательной машине «Инстрон» на базе 15 мм вдоль воло­ кон. Соотношение между длиной образца и базой 1:5. Ширина образца 10 мм; скорость испытания (движения плунжера) 0,25 см/мин.

Рис. 2. Структурная схема стенда для исследования спек­ трального варианта акустического импульсного метода: 1 — пластина из ПКМ; 2 — прямая искательная головка на 2,5 МГц; 3 — ультразвуковой импульсный дефектоскоп ДУК-66П; 4 — анализатор спектра СЧ-25; 5 — фотоаппа­

рат.

170Д. А. ПОНЕ, А. А. БАЛОДИС, Л. А. ИРГЕН, И. К- КАУЖЕНС, И . П. ШАПАРЕНКО

7.Мурашов В. В. Способ определения физико-механических характеристик материалов. Авт. свмд. № 808930. — Бюл. ОИПОТЗ, 1981, № 8, с. 141.

8.Мурашов В. В., Батизат В. П., Гуляева В. В. Контактная жидкость для ультразву­ кового контроля. — Дефектоскопия, 1978, № 5, с. 99.

УДК 678.073.046.86

Д.А. Поне, А. А. Баловне,

Л.А. Ирген, И. К. Кауженс, И. И. Шапаренко

ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИОЛЕФИНОВ

Акустические характеристики используются для диагностики свойств полимерных материалов. Наполненные полиолефины, в отличие от ненаполненных, акустическими методами изучены мало. Некоторые напол­ ненные материалы на основе полипропилена в диапазоне звуковых час­ тот изучены в работе [1]

Целью данной работы являлось исследование влияния степени наполнения полиолефинов (полиэтилена низкой и высокой плотности и полипропилена) мелом и метасиликатом кальция на частотную зависи­ мость динамического модуля упругости. Наполнители имели приблизи­ тельно одинаковую форму и диаметр частиц (21,2 и 20 мк соответст­ венно), но различались по величине удельной поверхности (4,4 м2/г для мела и 113 м2/г для метасиликата кальция).

Определение модуля упругости проводили при комнатной темпера­ туре в интервале частот 180—5 - 106 Гц. При этом в диапазоне 180—300 Гц измеряли собственные частоты для первой формы изгибных колеба­ ний свободного и консольно закрепленного образцов, а при частотах 0,15 1,67 и 5,0 МГц определяли скорость распространения в них ультра­

соотношения [1, 2].

Динамический модуль упругости для ненаполненных и наполненных полиолефинов повышается с увеличением частоты (рис. 1). Частотную зависимость модуля упругости в рассмотренных случаях в двойных ло­ гарифмических координатах приближенно можно представить в виде прямой, что соответствует модели [3], которая в виде соотношения Больцмана—Вольтерры содержит лишь его наследственную часть; рост значения модуля упругости с частотой не ограничен. Если полагать, что поведение этих материалов в более широком диапазоне частот соответ­ ствует иной модели, включающей мгновенную деформацию, то макси­ мальное значение модуля упругости для исследованных материалов с учетом полученных результатов не следует ожидать на частотах ниже 5 МГц, а для полиэтилена, принимая во внимание данные [4], — ниже 30 МГц.

Рост модуля упругости с увеличением частоты (см. рис. 1) весьма существен (в 2 и более 10 раз). Наблюдается тенденция ослабления частотной зависимости модуля упругости во всех исследованных

7Г

, 1дш,(ш-4Гц)

j____I_____L

материалах по мере повышения степени их наполнения, причем относи­ тельно фиксированных частот значение модуля растет. Первое, с учетом линейности частотных зависимостей (см. рис. 1) и расчетных соотноше­ ний, приведенных в [3], указывает на уменьшение величины декремента материала с ростом степени его наполнения. Второе указывает на то, что наполнитель повышает упругость композитных материалов по отношению к полиолефиновой матрице. Это, по-видимому, может быть объяснено тем, что модуль упругости наполнителей (порядка 7,5-104 МПа) больше модуля упругости полиолефиновых матриц в диапазоне частот до 5 МГц, а их декремент больше декремента наполнителей. Поэтому снижение объемной доли матрицы в композитном материале способствует повыше­ нию упругости и уменьшению декремента.

С другой стороны, величина и характер изменения динамического модуля упругости с частотой определяются силами связи как атомов основной цепи, так и элементов соседних полимерных цепей. Для поли­ меров, находящихся при данной температуре в высокоэластическом сос­ тоянии, в котором энергия межмолекулярного взаимодействия сущест­ венно меньше внутримолекулярного, возможны движения кинетических