Механика препрегов - расчет изделий из армированных композиционных материалов. В 2 ч. Ч

необходимыми параметрами являются: на 100 весовых частей (в.ч.) капролактама добавляется (90^100) в.ч. хлористого цинка и (20-Т25) в.ч. воды.

Оптимальная вязкость связующих для «мокрой» намотки изде­ лий и для изготовления препрегов на практике составляет по вис­ козиметру ВЗ-1 (1-ьЗ)°Е в градусах Энглера. Именно такие значе­ ния вязкости связующих эффективны для пропитки тканей раз­ личной структуры при изготовлении препрегов. В этом случае связующее легко проникает в межленточное пространство ткане­ вых наполнителей и хорошо смачивает волокна. В таблице 1.8 перечислены рецептуры связующих, проверенные в различных условиях. Первая и вторая рецептуры - традиционные связующие, изготовленные с использованием ускорителя УП-606/2. Остальные изготовлены путем замены ускорителя УП-606/2 на капролактамцинковый комплекс И-120У.

71

Связующие с указанными в таблице рецептурами были приме­ нены для изготовления стеклопластиков методами «сухой» и «мок­ рой» намоток. Из полученных стеклопластиков были испытаны об­ разцы для определения механических показателей. Результаты ис­ пытаний образцов на основе стеклоткани Т-13 представлены в таблице 1.9.

74

Окончание табл. 1.9

Анализ данных таблиц 1.8 и 1.9 показывает, что отличительными особенностями предлагаемых эпоксидных связующих на основе капролактам-цинкового комплекса И-120У являются следующие признаки:

-увеличение времени жизнеспособности связующих в 2-^3 раза;

-заметное увеличение теплостойкости связующего по сравне­ нию с прототипом;

-применение линейного инициатора И-120У в полимерных мат­ рицах эпоксидных связующих позволяет существенно снизить тем­ пературу и время отверждения, не снижая теплофизических и проч­ ностных характеристик, при этом создается более упорядоченная и менее дефектная структура сетчатого полимера и армированного пластика в целом;

-проведенные исследования показали повышение химической стойкости в агрессивных горюче-смазочных, кислотных и водных средах, а также уменьшение пористости армированных пластиков;

-предложенная технология изготовления армированных пласти­ ков на основе органоволокон, базальтоволокон, углеволокон, стек­ ловолокон осуществляется без применения растворителей, однако позволяет использовать различные мелкодисперсные добавки (тальк, слюда, гидроокись алюминия, графит, антипиренты, пиг­

менты и Т.Д.); - применение латентного инициатора И-120У позволяет умень­

шить энергозатраты на стадии отверждения армированных напол­ нителями пластиков, улучшить санитарно-гигиенические условия труда и экологическую обстановку при производстве.

Предложенный способ управления жизнеспособностью связую­ щих, очевидно, не единственен. Однако здесь важно акцентировать внимание на тех свойствах, которые в первую очередь обеспечива­ ют требования производственных условий изготовления изделий из армированных пластиков.

75

1.15. Зависимость силы внутреннего трения от технологических параметров при изготовлении изделий

из композиционных материалов

Не менее важным фактором, влияющим на качество изготовле­ ния оболочек при их трансформации в состоянии препрега, является величина силы внутреннего трения. Здесь под силой внутреннего трения понимается то сопротивление, которое испытывает нить при вытягивании ее из препрега. Чем меньше эта сила, тем более по­ движным становится композиционный материал в состоянии пре­ прега. Это создает дополнительные возможности для увеличения диапазона изменения конструкционных размеров изделий при их трансформации.

Поскольку силы внутреннего трения играют очень большую роль для решения проблемы получения высококачественных арми­ рованных систем, то здесь будут рассмотрены все параметры, вли­ яющие на их величину.

Как установлено, на величину силы трения влияют: армирую­ щий материал препрега, состояние его поверхности, схема армиро­ вания, связующее, его вязкость, температура переработки, скорость деформирования: Крагельский и др. [137].

С целью проверки влияния вязкости связующего на силу трения были проведены экспериментальные исследования. Испытания проводились на образцах ткаьш Т-13 размером 200 х 40 мм^. Одна из нитей перерезана на расстоянии 100 мм от края. Образцы пред­ варительно были пропитаны связующим холодного отверждения Оегакапе 411-45 при определенной вязкости. Вязкость р, определя­

лась на вискозиметре В246, 04 мм. Регулирование вязкости осу­ ществлялось путем добавления растворителя (ацетон). Перерезан­ ная нить выдергивалась из образца на разрывной машине РН-3-1 при скорости выдергивания нити 300 мм/мин. Температура в по­ мещении, где проводились испытания, составляла 22 °С. При этом измерялась максимальная сила выдергивания. Вязкость р измеря­ лась в градусах Энглера

Ц = — ,

76

где - время истечения связующего объемом У=100 см^;

(д =10,56 секунд - время истечения дистиллированной воды (указа­ но заводом-изготовителем). Результаты испытаний представлены в

Проанализировав данные таблицы 1.10 и обратив внимание на то, что средние значения силы трения практически одинаковы, можно поставить гипотезу о независимости силы трения от вязко­ сти связующего, по крайней мере, в диапазоне изменения вязкости (1,2-9,0) °Е. Для доказательства этой гипотезы сравним любые две средние из 5 нормальных совокупностей - результатов измерений сил трения в пяти проведенных испытаниях при одном и том же значении вязкости связующего. Результаты пяти испытаний при одном и том же значении вязкости назовем выборкой. Если допол­ нительно предположить, что неизвестные генеральные дисперсии равны между собой, то можно построить критерий (Стьюдента) сравнения средних. Чтобы убедиться в этом, воспользуемся крите­ рием Фишера-Снедекора и проверим гипотезу о равенстве гене­ ральных дисперсий. Для этого найдем исправленные выборочные

где / =1,2 - номер выборки; п - объем выборки.

77

Результаты расчетов по формуле (1.2) представлены в таблице 1.11.

В качестве критерия проверки нулевой гипотезы о равенстве ге­ неральных дисперсий примем отношение большей исправленной дисперсии к меньшей, т е. случайную величину [138]

^/П

(•5?) .

которая должна быть меньше критической точки ^^р {а,к^,к2 ) рас­ пределения Фишера-Снедекора. Здесь а - уровень значимости (примем его равным 0,05); к^=т - 1=4; к2 =п - 1=4 - степени сво­

боды; т = п = 5 - объемы выборки. По таблице критических точек находим, что

(0,05; 4;4) = 6,39.

Так как ^ = 3,88 ^ 0 -кр; ТО оснований отвергать нулевую

гипотезу о равенстве генеральных дисперсий. Поскольку предпо­ ложение о равенстве генеральных дисперсий выполняется, сравним средние. В качестве критерия нулевой гипотезы примем случайную величину: Гмурман [138]

78

тических точек распределения Стьюдента, по данному значению

Если |г| <^двусг.кр(®^^^)^ то отвергать нулевую гипотезу нет ос­ нований. Расчет значения Т для I,] = 1,2, ... , 6 приведен в таб­ лице 1.12.

чает, что сила трения не зависит от вязкости связующего, если его величина изменяется в пределах (1,2-9,0) °Е. Эти пределы соот­ ветствуют требованиям технологических параметров при изго­ товлении изделий с использованием связующих холодного от­ верждения.

Для исследования препрегов с использованием связующих го­ рячего отверждения было выбрано связующее ЭД-20 с добавле­ нием к нему отвердителя изометилтетрагидрофталиевого ангид­ рида. Проводились испытания на пропитанных связующим об-

79

разцах ткани Т-13 по определению силы трения. Испытывались три вида связующего;

1)связующее ЭД-20 без отвердителя;

2)на 100 массовых долей ЭД-20 добавлено 70 долей отвердителя;

3)на 100 массовых долей ЭД-20 добавлено 82 доли отвердителя. Такие составы комплексного связующего отработаны и реко­

мендованы технологами для изготовления изделий методами намотки. Скорость вытягивания нити составляла 300 мм/мин. Температура воздуха в помещении была равна 24 °С. Результаты испытаний представлены в таблице 1.13.

В таблице 1.14 приведены результаты расчетов исправленной выборочной дисперсии, рассчитанной по формуле (1.2) на осно­ вании данных таблицы 1.13.

Случайная величина ^ равна

о Ё к = 1, 6.

(^?)' 2 т.ш

80