Совершенствование технологии процесса пропитывания волокнистых наполнителей полимерными и олигомерными связующими (1026277), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В силу своейпростоты и эффективности, наибольшее распространение получили методымеханических испытаний [7, 32, 53, 104, 109, 110], которые проводят встатических или динамических условиях нагружения.Величину адгезионной прочности между волокном и матрицей чащевсего определяют методом pull-out[ 24-29].Для определения температур фазовых переходов используют самыеразличныетермоаналитическиераспространениеполучилиметоды,методысредикоторыхдифференциальнонаибольшеесканирующейкалориметрии [74, 129, 137], термогравиметрического анализа [1, 69],динамомеханического анализа [117, 128] и многие др.17 а)в)д)б)г)е)Рисунок.1.1 ̶ Фотографии технологического процесса пропитыванияпанели после сборки вакуумного мешка (а); и через 1 (б), 3 (в), 5 (г), 10 (д) и 15(е) мин после подачи связующего18 Свойства ПКМ в очень существенной степени зависят от степенидефектности их микроструктуры, и поэтому методы структурного анализаполучили самое широкое распространение [5, 8, 30, 33, 34, 45, 71, 83, 90, 106,116, 138,139].Основным недостатком всех методов структурного анализа является оченьмалый объем выборки (существенно меньший чем 1% от общих размеровдетали), что приводит к большим погрешностям.
Частично преодолеть этотнедостаток возможно путем «склеивания» фотографий с разных участков [119,138], однако и при таком подходе общий объем исследованного материалаочень мал и также не превышает 1%.Первоначальнодляисследованиямикроструктурыиспользовалисьоптические микроскопы, например Neophot-21, а обработку полученныхфотографий проводили с применением программы KSLite 2.0 [118]. С появлениемсовременных микроскопов структурные исследования стали совмещать сопределением микротвердости. Однако для этого требуется предварительноизготовить шлиф, что является очень трудоемкой операцией и требует высокойквалификации исполнителя.Начиная с 70- гг.
ХХ века все большее распространение получилиэлектронные микроскопы, что во многом связано с простотой и удобствомработы [6, 31, 50, 107]. Эффективными современными методами исследованиямикроструктурыявляютсясканирующиезондовыеатомно-силовыемикроскопы, конфокальные и многие другие [44, 77, 78, 102].Одним из наиболее распространенных дефектов уже готовых деталей изПКМ является пористость. Причин возникновения пор очень много, посколькуих количество может увеличиваться на каждой технологической операции. Впроцессе приготовления связующего, при перемешивании его компонентов,попадает воздух, и, чтобы уменьшить его количество, перемешиваниекомпонентов осуществляют не сверху вниз, а только по периметру емкости[121].
В лабораторных условиях готовые связующие вакуумируют, чтопозволяет уменьшить количество воздушных пузырей, однако в условиях19 предприятий выполнитьтакую операцию зачастую не представляетсявозможным. Отверждение термореактивных связующих чаще всего протекаетпо реакциям поликонденсации [120], которые сопровождаются выделениемлетучих. Поры также могут образовываться в процессе усадки.На поверхности тканных наполнителей, особенно с шероховатойповерхностью [89, 90, 93] (рис.1.2), адсорбируются молекулы газов и паровводы, которые в процессе нанесения связующего не вытесняются с егоповерхности. Это также приводит к увеличению пористости композита иотслаиванию матрицы.Все вышеперечисленные причины образования пор хорошо изучены [3,133], и разработан ряд технологических приемов, позволяющих уменьшить ихколичество.
Существенно меньшее внимание в технической литературеуделено процессу образования пор на этапе смачивания и растеканиясвязующего по поверхности ткани. Если ткань не обладает гидрофильнымисвойствами, то на поверхности раздела фаз также может иметь местообразование воздушных пузырей, которые после отверждения приведут кповышенной пористости.Для определения пористости ПКМ широкое распространение получилметод«выжигания»,которыйнаиболеечастоприменяетсядлястеклопластиков.Однако точность данного метода невысокая и поэтому он широкоприменяется для сравнения, например, при оценке качества несколькихтехнологий формования при использовании одинаковых по своему составуПКМ.НарядусразрушающимиметодамиконтролякачестваПКМимикроструктурным анализом, не менее широкое распространение получилиметоды неразрушающего контроля [47, 9, 84, 85, 86].20 а)б)в)г)д)е)Рисунок 1.2 ̶ Профилограммы шероховатости и 3D модель поверхностиуглеродных волокон: а, б – Элур-0,1П; в, г – HTS-45; д, е – ЛУП-0,1 [93]При производстве изделий из ПКМ по технологиям прямого формования,независимо от используемых наполнителей и связующих, потеря качестваможет иметь место непосредственно на операции пропитывания.
Именно поэтой причине разработчики ПКМ уделяют большое внимание реологическимсвойствам связующего [13, 66, 111, 144, 145, 154, 160].21 1.3. Основные законы вискозиметрииРеология полимеров является относительно молодой областью физики[132]. Основоположниками реологии полимеров являются Бартенев Г.М.,Виноградов Г.В., Воюцкий С.С., Дерягин Б.В., Куличихин В.Г., Ребиндер П.А.,Торнер Р.В.
и др. [22, 23, 39-41, 43, 68, 103, 114].Знание реологических свойств позволяет оптимизировать существующиеиразрабатыватьизготовления.новыеВязкостьматериалы()итехнологическиехарактеризуетспособностьпроцессыихсвязующегосопротивляться напряжению сдвига, что определяет выбор технологииформования. Требования к вязкости зависят от природы и текстильной формынаполнителя, способа и условий формования изделия, температуры Т, давленияР, времени t, скорости сдвига , а также технологических возможностейиспользуемого оборудования: = f (T, P, t, )(1.1)Идеальное твердое тело деформируется упруго, идеальные текучиесистемы деформируются необратимо, а эпоксидные и фенолоформальдегидныеполимеры, как и большинство других олигомер-полимерных материалов,деформируются вязко-упруго.Различают кинематическую v и динамическую вязкость [135, 141].
Дляопределениякинематическойвязкостиvиспользуюткапиллярныевискозиметры, принцип действия которых основан на измерении временитечения в капиллярных трубках. Единицей измерения кинематической вязкостиявляется «Стокс» (Ст). При определении кинематической вязкости образецжидкости течет из капилляра под действием силы тяжести. На такихвискозиметрахизмеряютсвязующего через капилляр:периодвремени,необходимыйдлятечения22 ,(1.2)где − плотность.Для измерения вязкости низковязких связующих, смол и отвердителейприменяются капиллярные вискозиметры со съемными соплами диаметром 2; 4или 6 мм.
Для повышения точности измерений вискозиметры оснащаюттермостатируемыми измерительными узлами. Течение может происходить поддействием гравитации (относительные капиллярные вискозиметры) или поддействием внешней силы (абсолютные капиллярные вискозиметры).Дляописаниявязкостивысоковязкихсистемхарактеристикикинематической вязкости не используются, поскольку их сложно или даже невозможно определить. Вязкость таких жидкостей характеризуют показателем«динамическая вязкость», которая обозначается символом и входит в законНьютона, описывающий течение идеальной (ньютоновской) жидкости: = *,(1.3)где – скорость сдвига [c-1], – динамическая вязкость [Пас]; – напряжениесдвига [Па] (старое обозначение динамической вязкости – «сантипуаз», сПз = 1МПас).При определении динамической вязкости можно задавать напряжение иопределять полученную величину скорости сдвига, и, наоборот, задаватьскорость сдвига и определять полученное напряжение [141].
Для определениядинамической вязкости широко используются ротационные вискозиметры типа«Реотест» с рабочим узлом конус плоскость и конус-конус. Связующеепомещается в клинообразную щель, между неподвижной пластиной и конусом,вращающимся с постоянной скоростью. Угол клинообразной щели системыконус-пластина зависит от используемого конуса и изменяется в пределах до1°. Напряжение сдвига , соответствующее гидравлическому сопротивлениюклинообразной щели, зависит от измеренного вращающего момента, которыйпреобразуется в электрический сигнал.23 Зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига называюткривыми течения (рис.
1.3, (а)), а вязкости от скорости сдвига – кривымивязкости (рис. 1.4). Кривые течения также могут быть построены вкоординатах, когда по оси абсцисс откладывают значения скорости сдвига, а пооси ординат – напряжение сдвига (рис. 1.3, б).Основная особенность растворов и расплавов полимеров заключается всуществовании аномалии вязкости [22, 23, 141], в соответствии с которойрастворы полимеров подразделяют на:1) жидкообразные (предел текучести РТ равен нулю), ньютоновские иненьютоновские (у ньютоновских жидкостей вязкость постоянна и независит от напряжения сдвига);2) твердообразные (предел текучести РТ больше нуля).Неньютоновскиежидкостиподразделяютсянастационарные(ихреологические свойства не изменяются со временем) и нестационарные, длякоторых эти характеристики зависят от времени.Неньютоновскиестационарныежидкостимогутбытьпсевдопластическими и дилатантными.
Класс жидкостей, при течении которыхРТ равен нулю, называют жидкообразными, класс жидкостей у которыхРТбольше нуля, относят к твердообразным телам [135]. Общая зависимостьнапряжения сдвига от скорости деформации выражается в виде степеннойфункции, известной как уравнение Освальда – Вейля: k n ,(1.4)где k и n – постоянные коэффициенты (n-индекс течения), характеризующиеданную систему.Вязкостьненьютоновскойстационарнойжидкостиопределяетсяуравнением: k * ( n1)(1.5)24 а)б)Рисунок 1.3 ̶ Типичные реологические кривые (а, б): 1 – ньютоновскиежидкости; 2 – псевдопластичные жидкости; 3 – дилатантные жидкостиРисунок 1.4 Типичная кривая вязкости: 1 − ньютоновские жидкости; 2 −псевдопластические жидкости; 3 − дилатантные жидкостиЕсли индекс течения n=1, жидкость является ньютоновской и константа kсовпадает со значением ньютоновской вязкости (кривая 1 на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
