category: Испытания материалов и конструкций
УДК 66.017
ФРАКТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭПОКСИДНОГО И БИСМАЛЕИМИДНОГО УГЛЕПЛАСТИКОВ ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ НА МЕЖСЛОЕВУЮ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ
Целью данной работы являлось определение доминирующих механизмов рассеяния энергии при расслоении ортотропно-армированных углепластиков ВКУ-39 и БМИ-3/3692 в условиях нормального отрыва (мода I) и поперечного сдвига (мода II). В работе представлены результаты структурных и фрактографических исследований углепластиков. Показано, что в исследуемых углепластиках распространение трещины может происходить в условиях вклада моды, отличной от моды, предусмотренной схемой нагружения образца
Keywords: полимерный композиционный материал, система «реактопласт–термопласт», тканый наполнитель, межслоевая вязкость разрушения, метод DCB, метод ENF, оптическая микроскопия, фрактография, растровая электронная микроскопия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
2. Каблов Е.Н. Химия в авиационном материаловедении // Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №1. С. 3–4.
3. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской Академии Наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520–530.
4. Соколов И.И., Раскутин А.Е. Углепластики и стеклопластики нового поколения // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. №4. Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.05.2016).
5. Раскутин А.Е. Углеродные ткани для производства конструкций из полимерных композиционных материалов // Материаловедение. 2014. №8. С. 46–49.
6. Бабаевский П.Г., Кулик С.Г. Трещиностойкость отвержденных полимерных композиций. М.: Химия, 1991. 336 с.
7. Финогенов Г.Н., Ерасов В.С. Трещиностойкость полимерных композитов при межслойном отрыве и сдвиге // Авиационные материалы и технологии. 2003. №3. С. 62–67.
8. Гуляев А.И., Яковлев Н.О., Крылов В.Д., Шуртаков С.В. Микромеханика разрушения стеклопластиков при расслоении по модам I и II // Материаловедение. 2016. №2. С. 13–22.
9. Яковлев Н.О., Ерасов В.С., Крылов В.Д., Попов Ю.О. Методы определения сдвиговых характеристик полимерных композиционных материалов // Авиационная промышленность. 2014. №1. С. 20–23.
10. Ерасов В.С., Крылов В.Д., Панин С.В., Гончаров А.А. Испытания полимерного композиционного материала на удар падающим грузом // Авиационные материалы и технологии. 2013. №3. С. 60–64.
11. Гуляев А.И., Тенчурин Т.Х. Перспективы применения волокнистых структур, полученных способом электроформования, для повышения ударо- и трещиностойкости полимерных композиционных материалов // Конструкции из композиционных материалов. 2013. №3. C. 22–26.
12. Большаков В.А., Алексашин В.М. Повышение остаточной прочности при сжатии после низкоскоростного удара углепластиков, изготовляемых инфузионным методом формования // Авиационные материалы и технологии. 2013. №4. С. 47–50.
13. Каблов Е.Н., Кириллов В.Н., Жирнов А.Д., Старцев О.В., Вапиров Ю.М. Центры для климатических испытаний авиационных ПКМ // Авиационная промышленность. 2009. №4. С. 36–46.
14. Старцев О.В., Каблов Е.Н., Махоньков А.Ю. Закономерности перехода эпоксидных связующих композиционных материалов по данным динамического механического анализа // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. №SP2. С. 104–113.
15. Валевин Е.О., Зеленина И.В., Мараховский П.С., Гуляев А.И., Бухаров С.В. Исследование влияния тепловлажностного воздействия на фталонитрильную матрицу // Материаловедение. 2015. №9. С. 15–19.
16. Перов Н.С., Чуцкова Е.Ю., Гуляев А.И., Абрамов Д.В. Эволюция структуры полимерной матрицы в углепластике на основе полицианурата и полиарилсульфона в ускоренных климатических испытаниях // Материаловедение. 2016. №4. С. 14–20.
17. Панина Н.Н., Чурсова Л.В., Бабин А.Н., Гребенева Т.А., Гуревич Я.М. Основные способы модификации эпоксидных полимерных материалов в России // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. №9. С. 10–17.
18. Гуляев А.И., Журавлева П.Л. Методологические вопросы анализа фазовой морфологии материалов на основе синтетических смол, модифицированных термопластами (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. №6. Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.05.2016). DOI: 10.185772307-6046-2015-0-6-9-9.
19. Лобанов М.В., Гуляев А.И., Бабин А.Н. Повышение ударо- и трещиностойкости эпоксидных реактопластов и композитов на их основе с помощью добавок термопластов как модификаторов // Высокомолекулярные соединения. Сер.: Б. 2016. Т. 58. №1. С. 3–15.
20. Tsotsis T.K. Interlayer toughening of composite materials // Polymer Composites. 2009. Vol. 30. No. 1. P. 70–86.
21. Pearson R.A., Yee A.F. Toughening mechanisms in thermoplastic-modified epoxies: 1. Modification using poly(phenylene oxide) // Polymer. 1993. Vol. 34. №17. P. 3658–3670.
22. Mimura K., Ito H., Fujioka H. Improvement of thermal and mechanical properties by control of morphologies in PES-modified epoxy resins // Polymer. 2000. Vol. 41. P. 4451–4459.
23. Hodgkin J.H., Simon G.P., Varley R.J. Thermoplastic toughening of epoxy resins: a critical review // Polymers for advanced technologies. 1998. Vol. 9. P. 3–10.
24. Меркулова Ю.И., Мухаметов Р.Р. Низковязкое эпоксидное связующее для переработки методом вакуумной инфузии // Авиационные материалы и технологии. 2014. №1. С. 39–41. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-1-39-41.
25. Мухаметов Р.Р., Шимкин А.А., Гуляев А.И., Кучеровский А.И. Фталонитрильное связующее для термостойких композитов // Материаловедение. 2015. №11. С. 48–53.
26. Яковлев Н.О., Луценко А.Н., Артемьева И.В. Методы определения межслоевой трещиностойкости слоистых материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. Комментарии к стандартам, ТУ, сертификатам. 2015. №10. С. 7–14.
27. Яковлев Н.О., Акользин С.В., Швец С.М. Определение трещиностойкости полимерных материалов // Новости материаловедения. Наука и техника: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №4. Ст. 03. URL: http://www.materalsnews.ru (дата обращения: 15.05.2016).
28. Крылов В.Д., Яковлев Н.О., Курганова Ю.А., Лашов О.А. Межслоевая трещиностойкость конструкционных полимерных композиционных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2016. №1 (40). С. 79–85. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-1-79-85.
29. Яковлев Н.О., Гуляев А.И., Крылов В.Д., Шуртаков С.В. Микроструктура и свойства конструкционных композиционных материалов при испытании на статическую межслоевую трещиностойкость // Новости материаловедения. Наука и техника: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №1. Ст. 09. URL: http://www.materalsnews.ru (дата обращения: 15.05.2016).
30. Murakami A., Saunders D., Ooishi K. et al. Fracture behaviour of thermoplastic modified epoxy resins // Journal of Adhesion. 1992. Vol. 39. P. 227–242.
31. Деев И.С., Кобец Л.П. Фрактография эпоксидных полимеров //Высокомолекулярные соединения. Сер.: А. 1996. Т. 38. №4. С. 627–633.
32. Bandyopadhyay S. Review of the microscopic and macroscopic aspects of fracture of unmodified and modified epoxy resins // Materials Science and Engineering A. 1990. Vol. A125. P. 157–184.
33. Яковлев Н.О., Гуляев А.И., Лашов О.А. Трещиностойкость слоистых полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №4 (40). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.05.2016). DOI: 10.185772307-6046-2016-0-4-12-12.
34. Di Liello V., Martuscelli E., Musto P., Ragosta G., Scarinzi G. Toughening of highly crosslinked thermosetting resins by blending with thermoplastic polyether imide // Die Angewandte Makromolekulare Chemie. 1993. №213. P. 93–111.
35. Kim J.-K., Mai Y.-W. Engineered Interfaces in Fiber Reinforced Composites. Elsevier, 1998. 486
2. Каблов Е.Н. Химия в авиационном материаловедении // Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №1. С. 3–4.
3. Каблов Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской Академии Наук. 2012. Т. 82. №6. С. 520–530.
4. Соколов И.И., Раскутин А.Е. Углепластики и стеклопластики нового поколения // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. №4. Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.05.2016).
5. Раскутин А.Е. Углеродные ткани для производства конструкций из полимерных композиционных материалов // Материаловедение. 2014. №8. С. 46–49.
6. Бабаевский П.Г., Кулик С.Г. Трещиностойкость отвержденных полимерных композиций. М.: Химия, 1991. 336 с.
7. Финогенов Г.Н., Ерасов В.С. Трещиностойкость полимерных композитов при межслойном отрыве и сдвиге // Авиационные материалы и технологии. 2003. №3. С. 62–67.
8. Гуляев А.И., Яковлев Н.О., Крылов В.Д., Шуртаков С.В. Микромеханика разрушения стеклопластиков при расслоении по модам I и II // Материаловедение. 2016. №2. С. 13–22.
9. Яковлев Н.О., Ерасов В.С., Крылов В.Д., Попов Ю.О. Методы определения сдвиговых характеристик полимерных композиционных материалов // Авиационная промышленность. 2014. №1. С. 20–23.
10. Ерасов В.С., Крылов В.Д., Панин С.В., Гончаров А.А. Испытания полимерного композиционного материала на удар падающим грузом // Авиационные материалы и технологии. 2013. №3. С. 60–64.
11. Гуляев А.И., Тенчурин Т.Х. Перспективы применения волокнистых структур, полученных способом электроформования, для повышения ударо- и трещиностойкости полимерных композиционных материалов // Конструкции из композиционных материалов. 2013. №3. C. 22–26.
12. Большаков В.А., Алексашин В.М. Повышение остаточной прочности при сжатии после низкоскоростного удара углепластиков, изготовляемых инфузионным методом формования // Авиационные материалы и технологии. 2013. №4. С. 47–50.
13. Каблов Е.Н., Кириллов В.Н., Жирнов А.Д., Старцев О.В., Вапиров Ю.М. Центры для климатических испытаний авиационных ПКМ // Авиационная промышленность. 2009. №4. С. 36–46.
14. Старцев О.В., Каблов Е.Н., Махоньков А.Ю. Закономерности перехода эпоксидных связующих композиционных материалов по данным динамического механического анализа // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. №SP2. С. 104–113.
15. Валевин Е.О., Зеленина И.В., Мараховский П.С., Гуляев А.И., Бухаров С.В. Исследование влияния тепловлажностного воздействия на фталонитрильную матрицу // Материаловедение. 2015. №9. С. 15–19.
16. Перов Н.С., Чуцкова Е.Ю., Гуляев А.И., Абрамов Д.В. Эволюция структуры полимерной матрицы в углепластике на основе полицианурата и полиарилсульфона в ускоренных климатических испытаниях // Материаловедение. 2016. №4. С. 14–20.
17. Панина Н.Н., Чурсова Л.В., Бабин А.Н., Гребенева Т.А., Гуревич Я.М. Основные способы модификации эпоксидных полимерных материалов в России // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2014. №9. С. 10–17.
18. Гуляев А.И., Журавлева П.Л. Методологические вопросы анализа фазовой морфологии материалов на основе синтетических смол, модифицированных термопластами (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. №6. Ст. 09. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.05.2016). DOI: 10.185772307-6046-2015-0-6-9-9.
19. Лобанов М.В., Гуляев А.И., Бабин А.Н. Повышение ударо- и трещиностойкости эпоксидных реактопластов и композитов на их основе с помощью добавок термопластов как модификаторов // Высокомолекулярные соединения. Сер.: Б. 2016. Т. 58. №1. С. 3–15.
20. Tsotsis T.K. Interlayer toughening of composite materials // Polymer Composites. 2009. Vol. 30. No. 1. P. 70–86.
21. Pearson R.A., Yee A.F. Toughening mechanisms in thermoplastic-modified epoxies: 1. Modification using poly(phenylene oxide) // Polymer. 1993. Vol. 34. №17. P. 3658–3670.
22. Mimura K., Ito H., Fujioka H. Improvement of thermal and mechanical properties by control of morphologies in PES-modified epoxy resins // Polymer. 2000. Vol. 41. P. 4451–4459.
23. Hodgkin J.H., Simon G.P., Varley R.J. Thermoplastic toughening of epoxy resins: a critical review // Polymers for advanced technologies. 1998. Vol. 9. P. 3–10.
24. Меркулова Ю.И., Мухаметов Р.Р. Низковязкое эпоксидное связующее для переработки методом вакуумной инфузии // Авиационные материалы и технологии. 2014. №1. С. 39–41. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-1-39-41.
25. Мухаметов Р.Р., Шимкин А.А., Гуляев А.И., Кучеровский А.И. Фталонитрильное связующее для термостойких композитов // Материаловедение. 2015. №11. С. 48–53.
26. Яковлев Н.О., Луценко А.Н., Артемьева И.В. Методы определения межслоевой трещиностойкости слоистых материалов // Все материалы. Энциклопедический справочник. Комментарии к стандартам, ТУ, сертификатам. 2015. №10. С. 7–14.
27. Яковлев Н.О., Акользин С.В., Швец С.М. Определение трещиностойкости полимерных материалов // Новости материаловедения. Наука и техника: электрон. науч.-технич. журн. 2014. №4. Ст. 03. URL: http://www.materalsnews.ru (дата обращения: 15.05.2016).
28. Крылов В.Д., Яковлев Н.О., Курганова Ю.А., Лашов О.А. Межслоевая трещиностойкость конструкционных полимерных композиционных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2016. №1 (40). С. 79–85. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-1-79-85.
29. Яковлев Н.О., Гуляев А.И., Крылов В.Д., Шуртаков С.В. Микроструктура и свойства конструкционных композиционных материалов при испытании на статическую межслоевую трещиностойкость // Новости материаловедения. Наука и техника: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №1. Ст. 09. URL: http://www.materalsnews.ru (дата обращения: 15.05.2016).
30. Murakami A., Saunders D., Ooishi K. et al. Fracture behaviour of thermoplastic modified epoxy resins // Journal of Adhesion. 1992. Vol. 39. P. 227–242.
31. Деев И.С., Кобец Л.П. Фрактография эпоксидных полимеров //Высокомолекулярные соединения. Сер.: А. 1996. Т. 38. №4. С. 627–633.
32. Bandyopadhyay S. Review of the microscopic and macroscopic aspects of fracture of unmodified and modified epoxy resins // Materials Science and Engineering A. 1990. Vol. A125. P. 157–184.
33. Яковлев Н.О., Гуляев А.И., Лашов О.А. Трещиностойкость слоистых полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №4 (40). Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 15.05.2016). DOI: 10.185772307-6046-2016-0-4-12-12.
34. Di Liello V., Martuscelli E., Musto P., Ragosta G., Scarinzi G. Toughening of highly crosslinked thermosetting resins by blending with thermoplastic polyether imide // Die Angewandte Makromolekulare Chemie. 1993. №213. P. 93–111.
35. Kim J.-K., Mai Y.-W. Engineered Interfaces in Fiber Reinforced Composites. Elsevier, 1998. 486
Вы можете оставить комментарий к статье. Для этого необходимо зарегистрироваться на сайте.
