Технология углеродных волокон (90

Ход работы.

1. Отбор проб

От каждой отобранной по ГОСТ 6611.0-73 единицы продукции отбирают точечные пробы: пасмы или отрезки нитей.

2. Подготовка к испытанию

Определение линейной плотности, применяемой для вычисления кондиционной или результирующей кондиционной линейной плотности, допускается проводить без предварительного выдерживания нитей в климатических условиях по ГОСТ 10681-75. Продолжительность выдерживания в климатических условиях нитей всех видов в единицах продукции (початках, шпулях, катушках,

бобинах, куличах, мотках) должна быть не менее 10 ч.

3. Проведение испытаний

Для определения линейной плотности нитей применяют пасмы длиной нити 200, 100, 50, 25, 20, 10 и 5 м и отрезки нитей длиной 1 и 0,5 м.

Отрезки нитей длиной 0,5 м получают одновременно с определением разрывной нагрузки методом разрыва одной нити или путем заправки нити в зажимы разрывной машины или круткомера при зажимной длине 0,5 м и предварительной нагрузке, величина которой в зависимости от линейной плотности нити должна соответствовать указанной в ГОСТ 6611.2-73.

Нити отрезают лезвием бритвы по грани зажимов разрывной машины или круткомера и свертывают комочком или колечком.

Перед определением массы отрезки нитей должны быть дополнительно выдержаны в климатических условиях по ГОСТ

10681-75 не менее 2 ч.

Для определения фактической линейной плотности или результирующей фактической линейной плотности нитей все пасмы или отрезки нитей взвешивают вместе с погрешностью не более 0,5% от их общей массы.

При взвешивании отрезков нитей их следует брать пинцетом.

11

Если разность между сравниваемыми массами превышает 1,5% от массы отрезков, взвешенных вместе, то все взвешивания повторяют.

4. Обработка результатов

Фактическую линейную плотность Тф или результирующую

где ∑m - масса отрезка, г;

l - длина нити в пасме или длина отрезка, м;

где Tф- фактическая линейная плотность нити, текс;

Rф- результирующая фактическая линейная плотность нитей,

текс;

Wн - нормированная влажность нитей, %;

Wф - фактическая влажность нитей, %.

Промежуточные (используемые для дальнейших расчетов) и окончательные результаты фактической или результирующей фактической, кондиционной или результирующей кондиционной линейных плотностей вычисляют с точностью, указанной в табл. 2.

12

Таблица 2. Точность плотности

Для синтетических комплексных нитей и мононитей, имеющих нормированную влажность не более 2%, допускаемое относительное отклонение δ фактической линейной плотности нитей

13

При подсчете относительного отклонения применяют промежуточное значение кондиционной линейной плотности Тk или результирующей кондиционной линейной плотности Rk.

Промежуточный результат относительного отклонения вычисляют с погрешностью до 0,01%, окончательный - с точностью до 0,1%.

При подсчете применяют правила округления согласно ГОСТ 10878-70

5. Протокол испытаний. Протокол испытания должен содержать следующие данные:

• наименование нити;

• данные о том, что подвергается испытанию (с наименованием нити);

•результаты испытаний;

•место и дату проведения испытаний;

•подпись ответственного за проведение испытаний;

•расчет доверительного интервала линейной плотности с доверительной вероятностью 0,9.

14

Лабораторная работа 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ

РАСТЯЖЕНИИ НИТИ

Цель работы: Определение разрывной нагрузки, прочности при растяжении и удлинения углеродных волокон и изучение методики и расчета характеристик при одноосном растяжении.

Аппаратура, материалы и реактивы: Разрывные машины с постоянной скоростью нагружения, автоматизированные с программным управлением. Погрешность при определении изменения длины должна быть ±1мм. Дополнительно используются: грузы предварительного натяжения; секундомер; клей акриловый секундный; чистая бумага; ножницы.

Задачи:

1.Изучить устройство и принцип работы разрывной

машины.

2.Изучить методику определения и расчета механических характеристик волокон.

3.Провести испытания углеродных волокон и экспериментально определить показатели механических характеристик, а именно, разрывной нагрузки, удельной разрывной нагрузки, прочности при растяжении, модуля упругости и удлинения волокон (табл. 3).

Пояснения к работе. Прочность нити определяют испытанием на растяжение. При экспериментальном изучении растяжения получают полуцикловые характеристики, доводя образцы до разрушения.

Методические указания устанавливают методы определения разрывной нагрузки, удлинения при разрыве нитей и подсчет удельной разрывной нагрузки и прочности нитей.

Сущность метода заключается в растяжении нити до разрыва и определения величины разрывной нагрузки и удлинения при разрыве. Термины и пояснения к ним указаны в табл. 3.

15

Таблица 3. Термины и пояснения

Разрывная нагрузка и удлинение при разрыве дают лишь конечную оценку сопротивления материала растяжению в момент его разрушения. Полной характеристикой деформационных свойств материала при однократном растяжении является диаграмма растяжения. Современные разрывные машины для испытания волокон, нитей, позволяют записывать диаграмму растяжения в удобных для работы прямоугольных осях координат (рис. 2). В тех же осях могут быть записаны диаграммы растяжения нитей на маятниковых разрывных машинах.

Рис. 2. Внешний вид диаграммы «нагрузка-удлинение»

Ход работы.

1. Отбор проб. Отбор проб производят следующим образом: Количество проб с одной нити или пучка нитей при определении разрывной нагрузки методом разрыва должно быть не

менее 5.

2.Подготовка к испытаниям. Проводят в соответствии с инструкцией к разрывной машине.

3.Проведение испытаний. Разрывную нагрузку нитей

определяют разрывом одной нити. Удлинение при разрыве нитей определяют одновременно с определением разрывной нагрузки одной нити. Для этого необходимо значение начальной длины образца.

17

Во избежание проскальзывания и перекусывания нитей в плоских зажимах разрывной машины допускается применять улиточные, эксцентриковые кулачковые зажимы или прокладки, а для специальных нитей - прокладки со связующим веществом, которое не должно вызывать растворения волокна или изменять содержание в нем влаги. Концы прокладок должны быть на уровне плоскостей зажимов, ограничивающих расстояние между ними.

Чтобы избежать выскальзывания или разрыва по зажиму волокон и нитей образцы готовятся следующим образом. Конец образца с помощью клейкой ленты временно крепят к бумажной рамке для крепления образца (рис. 3). Слегка натягивают образец над прорезью и крепят его другой конец на противоположном конце рамки для крепления образца кусочком клейкой ленты.

Рис. 3. Размещение образца в подставке

Наносят по капле клея на образец с каждого конца прорези. Устанавливают рамку для крепления образца в зажимы так, чтобы ось образца совпадала с осью нагружения испытательной машины.

Расстояние между зажимами разрывной машины принимают равным (500±1) мм. Допускается испытывать нити при зажимной длине (200±1) мм или (250±1) мм.

18

Устанавливают скорость перемещения активного захвата испытательной машины на значение от 1 до 5 мм/мин для разрывных машин с постоянной скоростью нагружения. Скорость опускания нижнего зажима разрывной машины маятникового типа вычисляют по

формуле

н = Рр + ∙60 ,

где Рр–разрывная нагрузка испытываемой нити, Н; η – коэффициент пропорциональности, Н/мм;

l – удлинение при разрыве испытываемой нити, мм;

t – средняя продолжительность процесса растяжения нити до разрыва, с.

Разрывную нагрузку нити берут по величине из первого эксперимента.

При отсутствии норм разрывной нагрузки удлинение принимают равным среднему фактическому показателю, полученному по результатам 5 испытаний.

Коэффициент пропорциональности определяет нагрузку в Н, необходимую для перемещения верхнего зажима на 1 мм.

Коэффициент пропорциональности вычисляют по формуле

= Рвп ,

где Рn – предельная нагрузка шкалы разрывной машины, по которой производят измерения, Н;

Sв – путь верхнего зажима, соответствующий повороту грузового рычага до показателя предельной нагрузки шкалы, мм.

Для нахождения величины Sв грузовой рычаг разрывной машины отводят в положение, соответствующее предельной нагрузке шкалы, по которой проводят измерения. Затем изменяют положение шкалы удлинений до тех пор, пока указатель удлинения не совпадает с нулевым делением шкалы удлинений. После этого грузовой рычаг

19

возвращают в исходное положение и по шкале удлинений снимают искомую величину.

После вычисления скорости нижнего зажима регулятор скорости устанавливают в соответствующее положение и по секундомеру проверяют фактическую скорость перемещения нижнего зажима.

Если средняя продолжительность процесса растяжения нити до разрыва выходит за пределы, установленные настоящим стандартом, то для расчета скорости нижнего зажима используют средние фактические показатели разрывной нагрузки и удлинения при разрыве, полученные по результатам десяти испытаний при скорости, установленной выше.

Средняя продолжительность процесса растяжения нити до разрыва должна быть:(20±3) с - для нитей (мононитей, комплексных, крученых комплексных, крученых комбинированных) натуральных, химических и неоднородных.

Образец заправляют в зажимы разрывной машины маятникового типа, с постоянной скоростью деформирования при предварительной нагрузке, которая устанавливается в зависимости от номинальной линейной плотности или номинальной результирующей плотности нити и из расчета (0,5±0,1) сН/текс или (5±1) мН/текс.

Допускается устанавливать предварительную нагрузку в