Оценка усталостной прочности углепластиков с различными типами гибридных матриц

Бесплатный доступ

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) нашли широкое применение в различных отраслях промышленности благодаря возможности создавать изделия пониженной массы с заданными эксплуатационными свойствами. В процессе эксплуатации композитные изделия подвергаются воздействию статических и циклические нагрузок, климатических и многих других факторов. Оценка усталостной прочности композиционных материалов и влияния на нее различных добавок и модификаторов является актуальной научно-практической задачей. В статье описана технология получения ПКМ с различными типами гибридных матриц, формируемых основным материалом связующего и материалом, представляющим в структуре композита самостоятельную «жидкую» фазу. На основе анализа кинетики отверждения в качестве материалов компонентов «жидкой» фазы были выбраны анаэробный полимерный материал (Loctite 638), силиконовый эластомер (Юнисил-9628) и синтетический воск. Испытания по оценке усталостной прочности осуществлялись путем приложения к образцам циклически изменяющихся нагрузок растяжение-сжатие. Нагрузка при выполнении циклических испытаний составила 70% от статической прочности образцов при растяжении. Остаточная прочность оценивалась путем испытания образцов на растяжение до полного разрушения после циклического нагружения. Представлены результаты испытаний на усталостную прочность углепластиков с различными типами гибридных матриц (формируемых различными компонентами «жидкой» фазы), анализ которых показал, что использование анаэробного полимерного материала в качестве компонента «жидкой» фазы гибридной матрицы позволяет повысить как начальную статическую прочность материала (на ~1%), так и остаточную прочность после циклического нагружения (на ~11%) по сравнению с данными показателями, полученными при испытании контрольных образцов. После выполнения циклического нагружения у углепластиков с анаэробным полимерным материалом и силиконовым эластомером наблюдается повышение остаточной прочности по сравнению с предварительно выполненными статическими испытаниями на растяжение на ~8% и ~13% соответственно. Использование в качестве компонента «жидкой» фазы анаэробного полимерного материала и силиконового эластомера позволяет повысить модуль упругости углепластиков после циклического нагружения на ~13% и 5% соответственно по сравнению с результатами предварительных статических испытаний.

Еще

Гибридная матрица, остаточная прочность, полимерные композиционные материалы, углепластик, усталостная прочность

Короткий адрес: https://sciup.org/140296182

IDR: 140296182   |   DOI: 10.20914/2310-1202-2022-2-262-268

Список литературы Оценка усталостной прочности углепластиков с различными типами гибридных матриц

  • Дориомедов М.С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор)// Труды ВИАМ. 2020. .№6-7 (89). С. 29-37. doi: 10.18577/2307-6046-2020-0-67-29-37
  • Краев И.Д., Попков О.В., Шульдешов Е.М., Сорокин А.Е., Юрков Г.Ю. Перспективы использования кремнийорганических полимеров при создании современных материалов и покрытий различного назначения // Труды ВИАМ. 2017. №12. С. 48-62. doi: 10.18577/2307-6046-2017-0-12-5-5
  • Тимошков П.Н., Хрульков А.В., Язвенко Л.Н. Композиционные материалы в автомобильной промышленности (обзор) // Труды ВИАМ. 2017. №6. С. 61-68. doi: 10.18577/2307-6046-2017-0-6-7-7
  • Тимошков П.Н., Хрульков А.В. Анализ технологий производства изделий из непрерывно армированных полимерных композиционных материалов безавтоклавными способами изготовления (обзор) // Труды ВИАМ. 2017. № 11. С. 8. doi: 10.18477/2307-6046-2017-0-11-8-8
  • Чэнь Я., Городецкий М.А., Нелюб В.А., Малышева Г.В. Алгоритм оптимизации технологических режимов формования композитов на основе эпоксидной матрицы // Технология металлов. 2019. .№2. С. 18-22. doi: 10.31044/16842499-2019-2-0-18-22
  • Nelyub V.A., Malysheva G.V. Modern treatment technologies of carbon fibre for ensuring the high strength carbon fibre reinforced plastic production//MATEC Web of Conferences. 2017. V. 129. P. 02001. doi: 10.1051/matecconf/201712902001
  • Neluyb V.A., Malysheva G.V., Komarov I.A. New technologies for producing multifunctional reinforced carbon plastics//Materials Science Forum. 2021. V. 1037. P. 196-202. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF. 1037.196
  • Nelyub V.A., Komarov I.A. Technology of treatment of carbon fibers under electromagnetic influences of various origins to produce high-strength carbon fiber reinforced plastics // Russian Metallurgy (Metally). 2021. № 2021(13). P. 1696-1699. doi: 10.1134/S003602952113019X
  • Gorodetskii M.A., Nelyub V.A., Malysheva G.V., Shaulov A.Y. et al. Technology of forming and the properties of reinforced composites based on an inorganic binder //Russian Metallurgy (Metally). 2018. № 13. P. 1195-1198. doi: 10.1134/S0036029518130074
  • Nelyub V.A. Technologies of metallization of carbon fabric and the properties of the related carbon fiber reinforced plastics//RussianMetallurgy. 2018. № 13. P. 1199-2101. doi: 10.1134/S0036029518130189
  • Maung P.P., Htet T.L., Malysheva G.V. Simulation and optimization of vacuum assisted resin infusion process for large-sized structures made of carbon fiber-reinforced plastic // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 709. №. 2. P. 022041. doi: 10.1088/1757-899X/709/2/022041
  • Nelyub V.A., Borodulin A.S., Kobets L.P., Malysheva G.V Thixotropy hysteresis and structure formation in elastomeric suspensions//Inorganic Matenals: Applied Research. 2018. № 9(4). P. 603-608. doi: 10.1134/S2075113318040238
  • Malysheva G.V., Guzeva T.A. Technological support for decreasing the porosity of polymer composite products // Russian Metallurgy (Metally). 2021. №2021(13). P. 1692-1695. doi: 10.1134/S0036029521130139
  • Орешко Е.И. Ерасов В.С., Гриневич Д.В., Шершак П.В. Обзор критериев прочности материалов // Труды ВИАМ. 2019. №9. С. 108-126. doi: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-108-126
  • Кирюшина В.В., Ковалева Ю.Ю., Степанов П.А., Коваленко П.В. Исследование влияния масштабного фактора на прочностные свойства полимерных композиционных материалов // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2019. №1. С. 97-106. doi: 10.26583/npe.2019.1.09
  • Арутюнян А.Р. Формулировка критерия усталостной прочности композиционных материалов // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2020. Т. 7 (65). №. 3. С. 511-517. doi: 10.21638/spbuO 1.2020.313
  • Полилов А.Н., Татусь Н.А. Технологическая механика композитов, основанная на изучении опыта природы в создании прочных биологических материалов-конструкций // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2021. № 1. С. 59-85. doi: 10.52261/02346206_2021_1_59
  • Берлин А.А. Об усталостной прочности природных материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2019. № 7. С. 2-3. doi: 10.31044/1994-6260-2019-0-7-2-3
  • Kosenko E.A., Baurova N.I., Zorin V.A. Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced Plastics with Various Types of Hybrid Matrices at Negative Temperatures // Russian Metallurgy (Metally). 2021. № 2021(13). P. 1705-1708. doi: 10.1134/S0036029521130103
  • Kosenko E.A., Nelyub V.A. Evaluation of the stress-strain state of a polymer composition material with a hybrid matrix // Polymer Science - Series D. 2022. № 15(2). P. 240-244. doi: 10.1134/S1995421222020137.
Еще
Статья научная