Методы определения механических свойств полимерных композиционных

но не образуют конструкцию . Толщина углеродного волокна 4-7 мм,

толщина мононити в УВ 7-12 мкм.
Матрицы – служат для объединения волокон в конструкцию Толщина слоя связующего 1-1000 мкм.
Композиты – результат объединения волокон, матрицы и схемы армирования, обычно создается вместе с конструкцией.

Основные проблемы
Анизотропия свойств материала
Ограниченный температурный диапазон
Низкая твердость поверхности
Наличие пор в материале
Привязка материала к технологии и к изделию
Часто, уникальность изделий и высокая стоимость испытаний

по объему
Прочность в разных направлениях
Жесткость (модули упругости) в разных направлениях
Коэффициент

линейного теплового расширения в разных направлениях
Ударная вязкость
Трещиностойкость (вязкость разрушения)
Стойкость к внешним воздействиям( радиация, влага, растворители)
Специальные свойства (теплопроводность, электропроводность, коэффициент трения)
Температура стеклования связующего
Реологические свойства
Степень отверждения

– натурных образцов, изделий
Статические
Динамические (циклические)
Температурные
Климатические
Виды испытаний

в захватах

+

3,4 – полиуретан; 5 - силикон

торцов
Сложно мерить предельную деформацию
Сжатие композита, полимера
-

наполнитель – алюминиевая пудра

кратковременной прочности. Для углепластиков (высокомодульных) предел выносливости достигает 0,5-0,7.
По параметрам

удельная прочность углепластики в 2-4 раза превосходят металлы.

Прочность волокна и углепластика

– работа, необходимая для разрушения образца;
S0 – площадь поперечного

сечения, измеренная в плоскости симметрии надреза;
m – масса маятника;
g – ускорение свободного падения;
l – длина маятника.
,  - углы на которых находится маятник до и после удара

Ударная вязкость композита, полимера

2 < a < 40

Доступны два номинала копров Pellini: 550 Дж и 1650 Дж.
Максимальная высота сброса составляет 1 метр или 1,3 метра.
Согласно стандарту (ASTM E208 и SEP 1325) регламентированные значения энергии удара достигаются посредством простого приложения грузов.

плотность, модуль упругости, коэффициент теплового расширения и теплоемкость. Это так

называемые структурно-независимые свойства.
К структурно-зависимым свойствам относятся: предел текучести, предел прочности, деформация при разрыве, вязкость разрушения G1c, предел ползучести и предел усталости.

Типичные значения вязкости разрушения термореактивных полимеров составляют 200–600 Дж/м2. Для термопластичных полимеров и металлов эта величина на порядок выше.

2 Fс(sin θ1 + sin θ2)/w,
Для консолей различной толщины
G1c

= 2Fс/w.

Для случая предельного изгиба консолей

Для стандартного случая

изменяет процесс разрушения композиций. Во всем диапазоне концентраций (0,3-1%) количество

пиков уменьшается в 2 раза, что может свидетельствовать об охрупчивании.

поглощение энергии и внешний вид разрушенных образцов. Эта температура соответствует

изменению механизма разрушения и ее называют температурой хрупкости. При низких температурах разрушение является хрупким, и поглощается мало энергии. Выше температуры перехода разрушение является вязким и поглощается много энергии. Уменьшение температуры приводит к уменьшению энергии разрушения более чем в десять раз.

нагрузки, частоты.

Netzsch DMA 242 E Artemis

Модули композита, полимера

сохраненной упругой работы во время одного периода нагрузки.

Модуль потерь (E‘‘):

пропорционален работе, которая во время одного периода нагрузки диссипирует в материале. Характеризует превращение механической энергии (чаще всего в тепло) и является мерой не возвращенной, потерянной энергии колебания. Является мерой демпфирующих свойств.

Коэффициент (тангенс угла) потерь (tan): является отношением между модулем потерь и модулем упругости. Характеризует механическое демпфирование или внутреннее трение вязкоупругой системы. Высокое значение tan характеризует материал с высокой неэластичной долей деформации; низкое значение tan характеризует более эластичный материал.

Модули композита, полимера

наполнителя
Е'
С

и Vm – объемные доли волокон и матрицы
Ef и Em

- модули упругости волокон и матрицы

модуля упругости;
модуля сдвига однонаправленного материала в плоскости волокон;

прочности при продольном растяжении;
плотности.

Правило смесей не справедливо для определения:

поперечного модуля упругости (определяется жесткости матрицы и ее объемным содержанием);
прочность при поперечном растяжении (определяется прочностью матрицы);
прочность при продольном сдвиге (сдвиговая нагрузка приложена параллельно волокнам. Определяется адгезионной прочностью матрица-волокно).

Правило смесей справедливо только при малой дисперсии прочности волокон. Узким распределением обладают только металлические волокна. УВ являются хрупкими и им присуща большая дисперсия.

для эпоксидного связующего (1); эпоксиполисульфон (2); эпоксиполиимид (3) при различных

температурах.

С увеличением площади контакта волокно (1) - связующее (2) значение адгезионной прочности уменьшается, что связано:

1) С увеличением размеров увеличивается вероятность появления дефектов;
2) С увеличением размеров увеличивается неравномерность распределения касательных напряжений на границе раздела волокно-связующее;
3) С увеличением размеров увеличиваются остаточные напряжения.

2500 тонн.
Испытание реальных конструкций