Особенности деформации стекло- и углепластиков с матрицей Т-107 при растяжении

Ю.Е. Калинин, О.А. Караева, А.Т. Косилов, А.М. Кудрин ORCID logo , О.В. Овдак показать трудоустройства и электронную почту
Получена 05 июня 2019; Принята 02 сентября 2019;
Цитирование: Ю.Е. Калинин, О.А. Караева, А.Т. Косилов, А.М. Кудрин, О.В. Овдак. Особенности деформации стекло- и углепластиков с матрицей Т-107 при растяжении. Письма о материалах. 2020. Т.10. №1. С.22-26
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-1-22-26

Аннотация

Разработана модель деформации полимерного композиционного материала, основанная на последовательном разрыве волокон наполнителя по мере роста приложенной нагрузки.В статье представлены результаты исследования механических свойств стекло- и углепластиков с наполнителем Т-10-14 и Formosa TC-35 12K, соответственно, в эпоксидной матрице Т-107. Установлено, что углепластики по механическим свойствам превосходят стеклопластики. Независимо от состава композита, на деформационных кривых экспериментальных образцов, как на основе углеродных волокон, так и стеклянных волокон, наблюдаются две ярко выраженные стадии, соответствующие упругой деформации и стадии разупрочнения, связанной с разрушением волокон композита. Принимая во внимание существенную величину разницы между модулями упругости и пределом прочности углеродных и стеклянных волокон, с одной стороны, и полимерной матрицы с другой, в работе предположено, что наблюдаемый эффект разупрочнения композитов связан с процессом последовательного разрыва волокон по мере роста приложенной нагрузки. С учетом предложенной идеи разработана модель деформации полимерного композиционного материала, основанная на последовательном разрыве волокон наполнителя по мере роста приложенной нагрузки. Согласно этой модели, наблюдаемый рост приложенной нагрузки на стадии деформационного упрочнения связан с наличием у волокон образцов разброса по уровню прочности, то есть имеет место распределение прочностных характеристик волокна по длине. С ростом длины волокна в образце, а, следовательно, длины самого образца, растет вероятность появления участков нити с все более низким уровнем прочности. При этом, в общем случае, должен понижаться измеряемый в эксперименте предел прочности композита. Эта зависимость прочностных характеристик композита от геометрических параметров изделия определяется функцией распределения прочности волокна по его длине, которая может быть определена по экспериментальным деформационным кривым растяжения образцов композитов. С учетом предложенной модели по полученным экспериментальным результатам сделана оценка функции распределения g(f) вероятности обнаружения на единице длины волокна величины его прочности.

Ссылки (14)

1. E. N. Kablov. Aviation Materials and Technologies. 1 (34), 3 (2015). (in Russian) [Е. Н. Каблов. Авиационные материалы и технологии. 1 (34), 3 (2015).]. Crossref
2. Y.-W. Mai, Zh.-Zh. Yu. In: Polymer nanocomposites. CRC Press, USA (2006). Crossref
3. A. F. Ab Ghani, J. Mahmud. Materials Science and Engineering Technology. 48 (3-4), 273 (2017). Crossref
4. B. Ostré, C. Bouvet, C. Minot, J. Aboissière. Composite Structures. 152, 768 (2016). Crossref
5. A. M. Kudrin, O. A. Karaeva, K. S. Gabriels, A. V. Solopchenko. VSTU Bulletin. 2 (14), 164 (2018). (in Russian) [А. М. Кудрин, О. А. Караева, К. С. Габриельс, А. В. Солопченко. Вестник ВГТУ. 2 (14), 164 (2018).].
6. C. Elanchezhian, B. Vijaya Ramnath, J. Hemalatha. Procedia Materials Science. 6, 1405 (2014). Crossref
7. O. I. Grishina, V. M. Serpova. Proceedings of VIAM. 1 (49), 41 (2017). (in Russian) [О. И. Гришина, В. М. Серпова. Труды ВИАМ. 1 (49), 41 (2017).].
8. M. L. Kerber, V. M. Vinogradov, G. S. Golovkin, A. A. Berlin. Polimernyye kompozitsionnyye materialy: struktura, svoystva, tekhnologiya (ed. by A. A. Berlin). Professiya, St-Petersburg (2011) 560 p. (in Russian) [М. Л. Кербер, В. М. Виноградов, Г. С. Головкин, А. А. Берлин. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология (под ред. А. А. Берлина). Профессия, СПб (2011) 560 с.].
9. S. L. Roginsky, M. Z. Kanovich, M. A. Koltunov. Vysokoprochnyye stekloplastiki. Khimiya, Moscow (1979) 144 p. (in Russian) [С. Л. Рогинский, М. З. Канович, М. А. Колтунов. Высокопрочные стеклопластики. Химия, Москва (1979) 144 с.].
10. Epoksidnyy prepreg T107. (in Russian) [Эпокидный препрег T107] http://www.inumit.ru/img/file/t107.pdf.
11. O. V. Ovdak, Y. E. Kalinin, A. M. Kudrin, O. A. Karaeva, D. Y. Degtyarev. Inorganic Materials: Applied Research. 9 (1), 108 (2018). Crossref
12. A. V. Kalgin, A. M. Kudrin, A. V. Solopchenko, M. Yu. Yablokova. VSTU Bulletin. 7 (11), 47 (2011). (in Russian) [А. В. Калгин, А. М. Кудрин, А. В. Солопченко, М. Ю. Яблокова. Вестник ВГТУ. 7 (11), 47 (2011).].
13. ASTM D 3039 / D 3039M. Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials.
14. ASTM D 638. Standard test method for tensile properties of plastics.

Финансирование на английском языке

1. Министерство образования и науки Российской Федерации - проект № 3.1867.2017/ПЧ