Диссертация (1091426), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Поглощениеводы зависит от пористости сферопластика и свободного объемаполимерной матрицы. Зависимость водопоглощения сферопластика наоснове ПСМС с ρ=0,22 г/см3 и пористостью не более 5 об. % в зависимостиот плотности представлена на рисунке 5.11.Рисунок 5.13 – Зависимость водопоглощения сферопластика с наоснове смесевой матрицы и ПСМС с ρ=0,22 г/см3 от плотностикомпозиции.Согласнотехническойдокументацииводопоглощениесферопластика должно быть не более 1,5 масс.
%. Этому значениюсоответствует плотность сферопластика 0,48 г/см3, что, исходя из рисунка5.1, соответствует φн ≈ 0,67 об.д.119Так как ПСМС в силу своей природы не набирают влагу, аводопоглощение матицы на основе ЭДО составляет не более 0,1 масс. %[99 - 101], в открытые поры сферопластика попало до 2,3 масс. % воды,следовательно пористость полученных образцов составлять максимум 1,1об.% при плотности 0,4 г/см3, что соответствует требованиям ТЗ.Для изучения влияния изменения структуры ДНПКМ при введениинаполнителя в полимерную матрицу сферопластика приводит к изменениюкомплекса физико-механических характеристик ДНПКМ и изделия.На рисунке 5.14 приведена зависимость прочности при сжатиисферопластика от содержания ПСМС (а) и обобщенного параметра Θ (б),для сферопластика на основе смесевой матрицы ЭДО и ПСМС марки МСВП-А9.а)Рисунокб)5.14 - Зависимость прочности при сжатии сферопластика наоснове ЭДО от содержания ПСМС (а) с плотностью 0,22 г/см3 иобобщенного параметра Θ (б).Введение ПСМС в эпоксидную матрицу снижает прочность присжатии сферопластика.
Установлено, что введение до 60 об. % ПСМС с120плотностью 0,22 г/см3 приводит к снижению прочности при сжатии с 120до 46 МПа (рис. 5.15). При φн ≥ 25 об. % и Θ ≤ 0,75об. д. на зависимостинаблюдаетсяперегибнизконаполненнойвкоторыйотвечаетсредненаполненнуюпереходуиначалусистемыизформированиюобъемного каркаса из микросфер.Согласнотехническомузаданию(ТЗ)насферопластикрадиотехнического назначения значение σсж должно быть более 50 МПа.Тогда максимально возможное содержание ПСМС марки МС-ВП-А9 сплотностью 0,22 г/см3 не может быть более 0,58 об.
д. и Θ меньше 0,16 об.д., что соответствует верхней границе высоконаполненных ДНПКМ.На рисунке 5.15 приведена зависимость модуля упругости присжатии сферопластика от содержания ПСМС (а) и обобщенного параметраΘ (б) для сферопластика на основе смесевой матрицы ЭДО и ПСМС маркиМС-ВП-А9.а)б)Рисунок 5.15 - Зависимость модуля упругости при сжатии сферопластикаот содержания ПСМС (а) с плотностью 0,22 г/см3 и обобщенногопараметра Θ(б).121Введение ПСМС в эпоксидную матрицу должно приводить кувеличению модуля упругости ДНПКМ [75]. Максимальный модульупругости сферопластика (~ 3200 МПа) достигается при φн ≈ 0,25 об.
д. иΘ ≈ 0,75 об. д., что в 1,6 раз больше отвержденной матрицы на основеотносительно ЭДО. Это отвечает переходу системы из низконаполненнойв средненаполненную и формированию объемного каркаса из микросфер.Дальнейшее повышение содержания ПСМС до φm и уменьшение Θ до0,0об. д.
приводит к снижению модуля упругости ДНПКМ, что связано спотерей устойчивости и разрушением самих полых микросфер вэпоксидной матрице при испытании на сжатие. При этом модульупругости сферопластика снижается с 3200 до 2550МПа, что достаточнодля создания изделий радиотехнического назначения из сферопластиков[32].Таблица5.1Обобщеннаятаблицасвойствразработанногосферопластика.ХарактеристикаТехническоеСферопластикзаданиеПлотность, г/см3не более 0,600,55Диэлектрическая проницаемостьне более 2,01,8Объемная усадка, об.
%не более 2,01,0Остаточные напряжения, МПане более 5,02,0Модуль упругости при сжатии, МПане менее 25002600Прочность при сжатии, МПане менее 45,050,0Водопоглощение за 24 ч., масс. %не более 1,51,0На основании этих рекомендаций были получены опытные партиимногослойных и изотропных сэндвич пластиков различной толщины,которые также подверглись физико-механическим испытаниям.122На рисунке 5.16представлена структура сэндвич пластиков, наоснове полученного сферопластика.а)Рисунокб)5.16 Структура а) однослойного и б) многослойногосэндвич пластика на основе стекло и сферопластика.Изотропные сэндвич пластики имеют более высокие показателифизико-механических испытаний, однако их изготовление, по сравнениюсо склеенными из нескольких слоев, требует большего времени из-затолщинысферопластикакотораяоченьсильновлияетнаихтеплопроводность.На рисунке 5.17представлена зависимость времени прогрева оттолщины изотропного сферопластика.123Рисунок 5.17 Зависимость времени прогрева (τпр) сферопластика оттолщины сферопластика (h) в сэндвич конструкцииИз рисунка 5.17 следует, что для создания сэндвич пластикатолщиной до 6 мм использование многослойных конструкций не являетсятехнологически необходимым, однако при изготовлении панелей большойтолщины это позволяет существенно сократить время технологическогоцикла и повысить производительность.На рисунке 5.18 представлены зависимости удельной прочности имодуля на сжатие для сэндвич пластиков различной толщины с толщинойстеклопластиковыхобкладок1,5мм.Припроведениииспытаний,разрушение облицовки и слоя синтактика происходило одновременно, чтоговорит о полной реализации их прочностного потенциала.
Стрелками сцифрами на зависимостях отмечены многослойные пластики.а)б)Рисунок 5.18 – Зависимости удельной прочности (σуд) (а) и удельногомодуля (Еуд) (б) трехслойной конструкции со сферопластиком от еетолщины124точка 1 – конструкция с 2-х слойным сферопластиком толщиной по 2мм.; 2) конструкция с 3-х слойным сферопластиком толщиной по 2 мм.;3)конструкция с 2-х слойным сферопластиком толщиной по 10 мм.Согласно рисункам 5.18 использование многослойных пластиков столщиной слоя 2 мм не целесообразно.
Согласно зависимости 5.18 (б)многослойные пластики такой конфигурации будут иметь низкие значенияЕуд, это приводит к низкой вибрационной устойчивости образцов, чтонедопустимо в изделиях, использующихся в авиации [93].Исходя из представленных данных, можно заключить, что припроектировании слоистых пластиков для авиационной промышленностицелесообразно использовать листы сферопластиков толщиной не менее 10мм.На рисунке 5.19 представлены зависимости изгибающего напряжениядля образцов из сэндвич панелей на основе однослойного и двухслойногосферопластика.125Рисунок5.19 Зависимость изгибающего напряжения от прогибаконструкции 1- с однослойным (5 мм) и 2- двухслойными (2 х 5 мм)сферопластиками между обкладками из стеклопластика.Установлено,чтоизгибающеенапряжениеприразрушенииоднослойного образца равно 151,15 МПа , а двухслойного образца 92,91МПа.Следовательно,прииспользованиимногослойныхсистем,прочностной потенциал сферопластиков реализуется не полностью.Наосновеполученныхданныхпоразработкеновыхконструкционных материалов в ОАО «НПО Стеклопластик» быливыпущены опытные партии композиций на основе ЭДО и их смесей наоснове полых стеклянных микросфер с минимальными усадками иуровнем остаточных напряжений, а также радиопрозрачные изделия сулучшенным комплексом тактико-технических характеристик (Акт 1, см.Приложение).Разработанныеоблегченныхсферопластикимногослойныхиспользованыармированныхприсозданииконструкцийрадиотехнического назначения с улучшенным комплексом техническиххарактеристик (Акт 2, см.
Приложение).126ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Разработана технология получения легких, прочных, с низкойдиэлектрической проницаемостью сферопластиков на основе эпоксидныхсвязующих и полых стеклянных микросфер с минимальным уровнемусадок и остаточных напряжений и созданы облегченные армированныеконструкции радиотехнического назначения, полностью удовлетворяющиесовременным тактико-техническим требованиям.2. Исследовано влияние ММ, ММР, числа фракций, содержания 1-ойнизкомолекулярной фракции и ассоциатов в ЭДО и их смесях накинетические зависимости и уровень усадок и остаточных напряжений приотверждении.
Предложены корреляционные зависимости между расходомфункциональных групп, усадкой и остаточными напряжениями приотверждении ЭДО при разных температурах и показано, что кинетикой,уровнем усадки и остаточными напряжениями можно направленноуправлять, варьируя ММ, ММР, содержанием 1-ой низкомолекулярнойфракции и ассоциатов в ЭДО и их смесях;3.Впервые получены значения усадок в кинетической идиффузионной области при реакции отверждении ЭДО и их смесей, ипоказано, что остаточные напряжения формируются в кинетическойобласти от точки гелеобразования до перехода реакции в диффузионнуюобласть. Усадка в кинетической области реакции, составляет от 30 до 60%от Ук, остальная часть усадки проходит в условиях переходной области (до40%).4.Установлены закономерности влияния активных и инактивныхрастворителей ЭДО на процессы усадки и кинетику остаточныхнапряжений при отверждении эпоксидных систем.
Показано, что введениедо 20 об. % активного разбавителя ДЭГ-1 в систему на основе ЭДОприводит к повышению объемной усадки (на 20-30%) и резкому снижению127остаточных напряжений (~ в 5 раз), а также снижению температурыстеклования для ЭД-20 до ~31 %.5.Определеныосновныетехнологическиехарактеристикиотечественных и зарубежных полых стеклянных микросфер (ПСМС)различных марок, рассчитаны составы и обобщенные параметры структурДНПКМ, и проведена классификация сферопластиков по структурномупринципу.Впервыеобъемнаяусадкаиостаточныенапряженияприотверждении ДНПКМ на основе ЭДО выражены в терминах обобщенныхпараметров структуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
