1294

рения для данного образца. Представленные на рисунке 3 данные, указывающие на существование корреляционной связи между измерени­ ями X и Яди, X и # с наполненной резины при термоокислительном старе­ нии, позволяют сделать вывод о перспективности использования механи­ ческого импеданса для разработки методов диагностики изменения жесткости образцов и изделий высоконаполненных резин при старении.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Гермелис А. А., Денафа 3. Я. Оценка информативности акустических, диэлектриче­ ских и теплофизических характеристик к изменениям свойств высоконаполпепной ре­ зины при старении. — В наст, сборнике, с. 117.

2.Гермелис А. А., Денафа 3. Я-, Судникс П. С. Измеритель механического импеданса мягких композитных материалов при одностороннем доступе. — Механика компо­ зитных материалов, 1981, № 3, с. 559—562.

УДК 620.17;539.389.3;678.073

А. А. Гермелис, 3. Я. Денафа, Д. А. Поне

ОЦЕНКА СТАБИЛЬНОСТИ НАПОЛНЕННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА

При разработке новых материалов из наполненных полиолефинов не­ обходимо оценивать их стабильность к влиянию различных неблагопри­ ятных факторов, под воздействием которых они могут находиться при эксплуатации и хранении (температура, кислород, солнечная радиация, вызывающие термоокислительную деструкцию материалов и тем самым ухудшающие их эксплуатационные свойства). Известно [1—3], что ста­ бильность полиолефинов оценивается по относительному удлинению при разрыве ер, пределу прочности при растяжении ар и тангенсу угла ди­ электрических потерь tg б, который является высокочувствительной ха­ рактеристикой к изменениям количества кислородсодержащих групп в материале, т. е. к изменениям степени окисления (старения) материала. Практический интерес представляет создание надежных методов диаг­ ностики изменения механических характеристик упомянутых материа­ лов. В работе исследовались возможности использования для этих целей метода механического импеданса, контролируемого согласно [4].

Объектом исследования являлся полиэтилен низкой плотности, наполненный по массе 10% метасиликатом кальция (МК). Введение МК в полиолефины приводит к повышению модуля упругости (особенно при больших МК) и стойкости материала к старению [5].

Термоокислительное старение проводили в воздушной среде при нор­ мальном давлении и температуре 373 К, при которой материал оста­ вался в твердом состоянии. Форма прессованных образцов для опреде­ ления tg6 — пластины 1 0 0 X 1 0 0 X 3 мм и вырезанные из этих пластин

Рис. 1. Зависимость характеристик наполненного ПЭНП от времени старения; □ — нагрузка при разрыве Рр\ ф — деформация при разрыве ер; О — тангенс угла диэлектрических потерь tg б, f = = 1 МГц; А — реактивное сопротивление Х\ А — среднеквадрати­

ческое отклонение V.Y реактивного сопротивления от среднего зна­ чения.

образцы-лопатки с длиной рабочей части 100 мм и шириной 15 мм — для определения механического импеданса и снятия диаграмм а—е при равномерном растяжении до полного разрушения образцов. Значения tg б определяли при частоте 106 Гц (ГОСТ 9141—59), механический им­ педанс — точечным методом согласно [4] в заранее отмеченных участ­ ках на каждом образце (по 5 с каждой стороны образца) с последую­ щим усреднением полученных значений реактивного и активного сопро­ тивлений и определением соответствующих среднеквадратических отклонений. Механические испытания в режиме o=W t проведены на испытательной машине ZMGIT-250 при скорости нагружения 50 кПа/с. По диаграммам деформирования определяли мгновенный Я0 и секущий Н с (при деформации 1%) модули упругости материала, его прочность ар и предельную деформацию ер.

На рис. 1 и в табл. 1 показан характер изменения изученных физико­ механических характеристик материала в зависимости от времени ста­ рения. Приведенные данные позволяют выделить несколько этапов в процессе старения. Кривая для тангенса угла диэлектрических потерь свидетельствует о том, что индукционный период составляет 400 ч (в

124 А. А. ГЕРМЕЛИС, 3. Я. ДЕНАФА, Д. А. ПОНЕ:

это время все изученные характеристики практически не менялись). За. время старения от 400 до 1000 ч, в течение которого наблюдалось уве­ личение tg6 и уменьшение предельной деформации ер примерно на 10%, происходило изменение цвета образцов (пожелтение). Периоду от 1000 до 16 000 ч соответствовали дальнейшее снижение ер, образование трещин на поверхности образцов и возрастание значений tg6, реактив­ ного X, активного R сопротивления материала и среднеквадратического отклонения vx значений реактивного сопротивления от среднего ариф­ метического, рассчитываемого для группы, состоящей из 5 образцовблизнецов. В период от 1600 до 2000 ч наблюдалось скачкообразноепадение ар и ер, дальнейшее увеличение tg б, X, vx и уменьшение жестко­ сти материала в среднем на 20%, свидетельствовавшие о полном уста­ рении материала. Скачкообразное увеличение vx, сопровождавшее при этих временах старения падение прочности, можно объяснить тем, что появлявшаяся в материале сетка трещин хаотически изменяла величину и форму микрообъемов материала. Поэтому в непосредственной близо­ сти к месту приложения датчика при измерении механического импе­ данса эти микрообъемы материала участвовали в колебательном движении составного вибратора. Этим объясняется также то, что в про­ цессе старения реактивное сопротивление X возрастало из-за увеличе­ ния хрупкости материала в микрообъеме, а жесткость образца в целом,, наоборот, понижалась из-за растрескивания материала.

Сопоставление данных измерений характеристик ар, ер, # с, с одной, стороны, и tg б, X, R, vx — с другой, позволяет получить более полную картину изменения свойств материала в процессе его термоокислитель­ ного старения. Так, время начала увеличения tg б характеризует конец, индукционного периода, время начала возрастания X соответствует на­ чалу более интенсивного изменения ер и изменению цвета материала, увеличение R и vx совпадает с трещинообразованием на поверхности материала, после чего следует скачкообразное падение ер и прочности материала ар, сопровождающееся скачкообразным увеличением vx-

Учитывая сказанное, для разработки методов диагностики свойств, наполненного ПЭНП и ему подобных материалов при одностороннем доступе представляется перспективным использование таких статисти­

ДИАГНОСТИКА УПРУГИХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 125

ческих показателей, характеризующих изменчивость реактивного сопро­ тивления, как среднее значение и среднеквадратическое отклонение ре­ активного сопротивления, а также активное сопротивление R.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Справочник по пластическим массам. М., Химия, 1975, т. 1, с. 355—360.

2.Карпухин О. Н. Определение срока службы полимерного материала как физико-хи­ мическая проблема. — Усп. хим., 1970, № 8, с. 1523—1553.

3.Лазарева Н. П., Хинькис С. С., Утюгова М. Ф. и др. Методы определения гаран­ тийных сроков хранения полиолефинов. — Пласт, массы, 1973, № 7, с. 75—76.

4.Гермелис А. А., Денафа 3. Я., Судникс П. С. Измеритель механического импеданса мягких композитных материалов при одностороннем доступе. — Механика компо­ зитных материалов, 1981, № 3, с. 559—562.

Поне Д. А., Иреен.Л. А. Метасиликат кальция — наполнитель для полиолефинов. — Изв. АН ЛатвССР, 1979, Кя 6, с. 128—131.

УДК 620.179

/О. В. Дряпочко, ,В. А. Локшин, В. С. Фетисов

ДИАГНОСТИКА УПРУГИХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В литературе достаточно широко представлены методы диагностики ряда механических характеристик полимеров и композитов на их основе по результатам акустического контроля [1 -3 ].

В настоящей работе ставилась задача оценить применимость неко­ торых из этих методов в условиях серийного производства изделий с ис­ пользованием для контроля акустических характеристик материалов^ приборов ИСЗУ-А7 и ИЧЗ-9, разработанных в ИМП АН ЛатвССР. Про­ верялись приемлемость предложенных в [4—6] методик диагностики прочностных свойств материалов, сопоставлялись значения прочностных свойств при изгибе, полученные расчетным путем согласно указанным методикам, и значения, полученные в результате статических испыта­ ний для следующих материалов: ПАЕ-0,3 — полиимидное связующее а чистом виде; СПМ-35 — то же связующее с наполнителем в виде руб­ леного стекловолокна длиной 10 мкм и содержанием стекла 55% помассе; ЛОР-5М — органоволокнит на эпоксифенольном связующем; СК 9ХА — стеклотекстолит на кремнииорганическом связующем.

Механические испытания на статический изгиб проводили по ГОСТ 4648—71 на установке 1231 У 10. Стандартные образцы в форме бруска имели следующие размеры: для прессованных материалов длина 80 мм,, ширина 10+0,5 мм, толщина 4+0,2 мм; для слоистых пластиков длина 100 мм, ширина 15+0,5 мм, толщина 3+0,2 мм. Расстояние между опо­ рами в первом случае 64 мм, во втором — 75 мм. Скорость сближения

таты сопоставления приведены в табл. 2. Анализ экспериментальных данных показывает, что резонансный метод позволяет проводить диаг­ ностику прочностных свойств этих материалов с Довольно низкой точ­ ностью.

В работе была оценена возможность определения по методике [4] динамического модуля упругости материала длинных тонкостенных трубмалого диаметра, изготовленных из стеклоткани ТС-8/3-250 с пропиткой связующим ЭДТ-10 под давлением. Испытание проводили на установке- ИЧЗ-9. Использовались трубчатые образцы с наружным диаметром 28 мм, толщиной стенки 0,8 мм и длиной 420 мм, вырезанные из тонко­ стенных труб. Испытуемый образец устанавливали так, чтобы опоры находились в узловых точках первой гармоники, расположенных на рас­ стоянии 0,224 длины образца от его торцов. Возбуждение и прием коле­ баний осуществляли бесконтактным способом с помощью электромаг­ нитного возбудителя и приемника колебаний через наклеенные ферро­ магнитные пластинки.

Зависимость динамического модуля упругости от отношения длины Г к среднему диаметру образца D приведена на рис. 1. Результаты иссле­ дований свидетельствуют о том, что для диагностики упругих свойств в указанных деталях с использованием упомянутого прибора требуется,, чтобы соблюдалось соотношение l/D> 12.

Таким образом, проведенная работа показала, что в условиях серий­ ного производства для оценки изменчивости прочностных свойств при статическом изгибе для материалов ЛОР-5М, СК 9ХА и динамического'

стеклопластика могут быть применимы методы, предложенные в [2 —4 ]. Для материалов ПАЕ-0,3 и СПМ-35 эти методы оказались малопригод­ ными из-за недостаточной точности диагностики.

Сказанное лишний раз подтверждает (см., например, [1]) вывод о необходимости в каждом конкретном случае оценивать приемлемость известных методов диагностики.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Латишенко В. А. Диагностика жесткости и прочности материалов. Рига, Зинатне, 1968. 320 с.

.2. Гершберг М. В., Илюшин С. В., Смирнов В. И. Неразрушающие методы контроля судостроительных стеклопластиков. Л., Судостроение, 1971. 199 с.

3.Латишенко В. А., Матис И. Г Методы и средства изучения повреждаемости компо­ зитных материалов. — Механика композитных материалов, 1979, № 2, с. 344—350.

4.Потапов А. И., Пеккер Ф. П. Неразрушающий контроль конструкций из композит­ ных материалов. Л., Машиностроение, 1977. 190 с.

.5. Гершберг М. В., Сборовский А. К-, Исмаилов В. С. Резонансный метод определения упругих характеристик стекловолокна в безнаборных цилиндрических ортотроппых оболочках. — Технол. судостр., 1972, № 9, с. 62—65.

6. Паншин Б. И., Федоренко А. Г Котова Л. П. Определение статической прочности по характеристикам упругости и внутреннего трения. — Механика полимеров, 1976, № 3, с. 551—554.

.УДК 539.319;539.4;678.067

В. Н. Киселев

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОРГАНОВОЛОКНА

ВПОЛИМЕРНОМ КОМПОЗИТЕ

Внастоящей работе приводятся результаты исследования одновре­ менного воздействия температуры и натяжения на органоволокно в про­ цессе намотки органопластиковых изделий.

Для анализа совместного влияния технологических факторов исполь­ зовалась трехмерная модель второго порядка:

реализация которой осуществлялась применением ротатабельного пла­ нирования [1]. Коэффициенты модели (1) вычислялись из следующих уравнений:

k

Ь0= 0 ,166338 (0У)-0,056791 X i (iiY)*

Представление результатов эксперимента полиномом второй степени для удельной прочности органопластика оказалось оправданным: зна­ чительная часть нелинейных членов здесь значимо отличается от нуля. Для удельного модуля упругости получилась линейная модель. Уравне­ ние (3) приводится к нормальному виду [2 ]:

Особая точка (центр фигуры) имеет координаты

попадающие в ту область факторного пространства, где проводились эксперименты. Удельная прочность в особой точке г= 142,2 км.

Представляется естественным найти точку в факторном простран­ стве с максимальной удельной прочностью. Для этого необходимо ре­ шить систему уравнений

* 3 = 0,27. Найденная точка соответствует натяжению 7,2%, температуре

Удельная прочность, км