Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свойства компонентов полимерных композиционных материалов. Лабораторный практикум
.pdf
телей, один из которых – поверхностное натяжение. Поверхностное на-
тяжение характеризует способность жидкости смачивать твердое тело.
Поверхностное натяжение жидкости зависит от свойств материала:
– молекулярной массы,
– плотности,
– температуры.
Рис. 7.1. Схема прибора для определения поверхностного натяжения
по методу капиллярного поднятия:
1 – калиброванный капилляр; 2 – термостатирующая рубашка (термостат);
3 – исследуемое связующее; 4 – трехходовой кран; 5 – пробирка
Наиболее простыми и достоверными методами определения поверхностного натяжения жидкости являются метод капиллярного поднятия и метод Дю-Нуи.
Метод капиллярного поднятия основан на определении разности
между уровнями жидкости в капилляре и пробирке. Прибор для определения поверхностного натяжения по методу капиллярного поднятия
представлен на рис. 7.1.
Метод Дю-Нуи основан на определении усилия отрыва кольца
или пластинки от поверхности жидкости. Прибор для определения поверхностного натяжения по методу Дю-Нуи представлен на рис. 7.2.
Поверхностное натяжение выражается в дин/см (1 дин/см = 103 Н/м).
101
Рис. 7.2. Схема прибора для определения поверхностного натяжения
по методу Дю-Нуи:
1 – динамометр; 2 – рычаг; 3 – проволока с кольцом;
4 – исследуемое связующее; 5 – поворотный стол
Последовательность выполнения работы
4.1. Определение поверхностного натяжения
методом капиллярного поднятия
1. Перед работой на приборе (рис. 7.1) тщательно вымыть пробирку
5 и капилляр 1.
2. В пробирку, находящуюся в термостате 2, налить исследуемое
связующее до уровня, обеспечивающего погружение нижнего конца капилляра.
3. С помощью резиновой груши втянуть связующее на всю длину
капилляра и отпустить.
4. Определить при помощи катетометра разность уровней связую-
щего в капилляре и пробирке.
5. Рассчитать поверхностное натяжение жидкости γ (Н/м) по
формуле
, (7.5)
где r – радиус капилляра, см; ∆h – высота капиллярного поднятия жидкости, см; ρ − плотность жидкости, г/см3 (рассчитывают по формуле 7.4)); − угол смачивания жидкостью поверхности
капилляра, град (определяют экспериментально по размерам капли на
102
поверхности стекла); h – высота капли, мм; R – радиус капли, мм; g –
ускорение свободного падения, м/с2.
6. Эксперимент провести не менее 3-х раз на одном образце связующего. Рассчитать среднее арифметическое значение измеряемых и
рассчитанных показателей.
7. Аналогично исследовать образцы связующих, полученные по
рецептурам №2-№4.
4.2. Определение поверхностного натяжения
по методу Дю-Нуи
1. Установить керамическую чашку с исследуемой жидкостью 4
на поворотном столике 5 (рис. 7.2).
2. Закрепить кольцо на проволоке 3 на рычаг 2 динамометра 1.
3. Поднять столик 5 до соприкосновения кольца 3 с исследуемым
связующим 4.
4. Медленно опускать столик, замеряя усилие отрыва кольца от
поверхности связующего.
5. Рассчитать поверхностное натяжение по формуле
, (7.6)
где F – усилие отрыва, Н; r –радиус кольца, м.
6. Эксперимент провести не менее 3-х раз на одном образце свя-
зующего. Рассчитать среднее арифметическое значение измеряемых и
рассчитанных показателей.
7. Аналогично исследовать образцы связующих, полученные по
рецептурам №2-№4.
Получаемые результаты
Результаты испытаний и расчетов занести в таблицу 7.6.
103
№
образца № опыта
Определение поверхностного натяжения
Метод капиллярного
поднятия
Материал
ρ,
Θ,
∆h,
γ,
Таблица 7.6
Метод Дю-Нуи
r,
F,
γ,
г/см3
град
см
1
1
2
3
Среднее арифметическое
значение
1
…
2
3
Среднее арифметическое
значение
Содержание отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Н/м
см
Н
Н/м
– название работы;
– цель работы;
– материалы и оборудование;
– теоретическую часть;
– формулы и пояснения к ним;
– результаты работы и их обработку (расчеты, таблицы);
– выводы по работе.
Контрольные вопросы
1. Что такое термореактивное связующее?
2. От чего зависит состав связующего?
3. Дайте определение полиэфирным и эпоксидным смолам.
104
4. Какие отвердители чаще всего используются в полиэфирных и
эпоксидных смолах?
5. Что такое поверхностное натяжение?
6. Какие компоненты входят в состав полимерных связующих?
7. Как производится расчет массы компонентов для приготовле-
ния связующих на основе термореактивных полимеров?
8. Как определяют плотность связующих (экспериментально и
теоретически)?
9. Какие параметры влияют на величину поверхностного натяже-
ния связующих?
10. Назовите и охарактеризуйте основные методы определения
поверхностного натяжения термореактивных полимеров.
105
Лабораторная работа № 8
АДГЕЗИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ К
МАТРИЧНОМУ ПОЛИМЕРУ
Адгезия – это поверхностное явление, которое заключается в возникновении механической прочности при контакте поверхностей
двух разных тел.
Причиной адгезии является молекулярное или химическое взаимодействие контактирующих фаз. Явление адгезии лежит в основе
образования прочного контакта (склеивания) между твердым телом –
субстратом и клеящим агентом – адгезивом, являющимися основными компонентами адгезионного соединения.
В волокнистых полимерных композиционных материалах субстратами являются волокна, а адгезивами – полимерные матрицы
(связующие).
Важная характеристика адгезии – адгезионная прочность, которая характеризует удельное усилие разрушения адгезионного контакта [17, 18].
1. Определение адгезии по характеру
поверхности разрушения
Цель работы – определить качество адгезионных связей по ха-
рактеру поверхности разрушения при нагружении вдоль оси волокон.
Материалы и оборудование
1. Препреги из углеткани и эпоксидной смолы.
2. Препреги из стекловолокна и эпоксидной смолы.
3. Препреги из углеткани и ненасыщенной полиэфирной смолы.
4. Препреги из стекловолокна и ненасыщенной полиэфирной
смолы.
5. Испытательная машина Р-05.
6. Лупа.
7. Микроскоп.
106
Теоретическая часть
Препрег – это готовый для переработки продукт предварительной
пропитки связующим упрочняющих материалов тканной или нетканной структуры [19].
В качестве связующих используют термореактивные или химически отверждаемые смолы. Препрег содержит смолу в нормированном количестве для пропитки волокна и склейке слоёв композита между собой. Смола в препреге уже смешана с отвердителем.
При использовании однородных термореактивных связующих
препреги могут иметь ограниченный срок и условия хранения, чтобы
связующее не полимеризовалось при хранении.
Чтобы избежать досрочного отверждения, препрег требует хранения при пониженных температурах. Полимеризация препрегов
происходит при повышенных температурах, в печи или автоклаве.
При использовании химически отверждаемых связующих изготавливают два вида листов, каждый пропитан своим веществом. При
укладке в изделие их чередуют, чтобы связующее перемешалось и
отвердело.
О качестве адгезии на поверхности раздела «волокно – связующее» для однонаправленных композитов судят по характеру разрушения при нагружении вдоль оси волокон. При сильной, средней и
слабой адгезиях наблюдаются различные поверхности разрушения
(рис. 8.1).
При сильной адгезии поверхность разрушения в поперечном сечении «гладкая». Такие композиты обладают высокой статической
прочностью и чувствительны к надрезу (рис. 8.1а).
При средней адгезии поверхность разрушения имеет неровности и
углубления из-за продольного смещения волокон относительно матрицы. Происходит вытягивание волокна из матрицы (рис. 8.1б).
107
Рис. 8.1. Схематичное изображение поверхности разрушения
а) сильная адгезия, б) средняя адгезия, в) слабая адгезия
а) б) в)
в однонаправленных образцах:
При слабой адгезии происходит разрушение адгезионного слоя
или разрушение матрицы. Поверхность разрушения характеризуется
большой неровностью из-за большого числа волокон, смещенных относительно матрицы (рис. 8.1в).
Последовательность выполнения работы
1. Образец препрега закрепить в захватах испытательной машины
Р-05 (рис. 2.2).
2. Произвести нагружение образца до разрушения со скоростью
60-100 мм/мин. В момент разрушения зафиксировать нагрузку Fр.
3. С помощью лупы или микроскопа изучить поверхность разру-
шения образца и по виду разрушения определить качество адгезионных связей в композиционном материале.
4. Провести исследования не менее чем 3-х образцов одного и того же препрега. Рассчитать среднее арифметическое значение измеряемых и рассчитанных показателей.
5. Аналогично исследовать все образцы разных препрегов.
108
Получаемые результаты
Результаты испытаний занести в таблицу 8.1. Описать и зарисо-
вать виды разрушения.
Таблица 8.1
Исследование адгезии волокнистого материала со связующим
по характеру поверхности разрушения
№
образца
Материал
Вид разрушения
Схема
Fр, Н
(препрег)
(адгезии)
разрушения
1
Описание
разрушения
1
2
3
Среднее арифметическое
значение
1
…
2
3
Среднее арифметическое
значение
2. Определение адгезии по прочности
при сдвиге параллельно волокнам
Цель работы – определить качество адгезионных связей при
сдвиге параллельно волокнам.
Материалы и оборудование
1. Препреги из углеткани и эпоксидной смолы.
2. Препреги из стекловолокна и эпоксидной смолы.
3. Препреги из углеткани и ненасыщенной полиэфирной смолы.
4. Препреги из стекловолокна и ненасыщенной полиэфирной
смолы.
5. Испытательная машина Р-05.
109
6. Линейка.
δ
7. Ножницы.
8. Штангенциркуль.
Теоретическая часть
Предел прочности на сдвиг – это механическая нагрузка, вызывающая переход материала из пластичного состояния к текучему. Более корректно этот термин будет звучать как «временное сопротивление разрушению», характеризующему усилие, которое предшествует
разрыву испытываемого образца.
Среди методов экспериментального определения характеристик
сдвига волокнистых композиционных материалов можно выделить
три группы:
– испытания на сдвиг в плоскости укладки волокон,
– испытания на межслойный сдвиг,
– испытания на срез.
Последовательность выполнения работы
1. Образец в виде ленты однонаправленного препрега длиной
100 мм надрезать с двух сторон (рис. 8.2). Расстояние между надре-
зами должно быть не более 10 мм.
Направление
волокон
b
0,5b±1 мм
10
0,5b±1 мм
Рис. 8.2. Схема образца для испытаний на сдвиг параллельно волокнам:
b – ширина ленты; δ – толщина
2. Произвести нагружение образцов до разрушения со скоростью
15-20 мм/мин. В момент разрушения зафиксировать нагрузку F
110
.
р
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]