CC BY
90
УДК 538.951-405
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ НА СЖАТИЕ НОВЫХ ОТВЕРЖДЕННЫХ БЕЗРАСТВОРНЫХ СВЯЗУЮЩИХ НА ЭПОКСИДНОЙ ОСНОВЕ В СООТВЕТСТВИИ СО СТАНДАРТОМ А8ТМ Б 695
А.В. Калгин, А.М. Кудрин
Отработана методика испытаний на сжатие отвержденных безрастворных связующих на эпоксидной основе в соответствии со стандартом Л8ТМ Б 695. По этой методике были измерены прочностные характеристики новых отвержденных эпоксидных связующих. Выявлено, что новые эпоксидные связующие имеют лучшие прочностные свойства, чем их известные коммерческие аналоги. Определены перспективы для применения полученных данных
Ключевые слова: эпоксидные связующие, прочностные свойства, стандарт Л8ТМ Б 695
Введение
В последние годы полимерные композиционные материалы (ПКМ) конструкционного назначения вызывают все больший интерес среди исследователей, благодаря обеспечению высокой прочности конструкциям и низкой плотности материала по сравнению с металлическими изделиями. На сегодняшний день ПКМ применяются практически во всех областях техники и технологии. В зависимости от состояния наполнителя ПКМ можно разделить на 3 большие группы [1]: ПКМ с твердыми дисперсными или непрерывными наполнителями, ПКМ с жидкими дисперсными и непрерывными наполнителями и газонаполненные ПКМ. Первая группа ПКМ наиболее интенсивно применяется в промышленности, поскольку от вида твердого наполнителя и его концентрации разнообразные свойства материала (прочность, вязкость разрушения, термостабильность и т. д.) можно изменять в широких пределах. Получение изделий из ПКМ с заданными свойствами требует тщательного анализа каждого этапа их изготовления от анализа связующих до контроля качества изделия из ПКМ. Эта сложная многоуровневая задача решается комплексом современных методов исследования, которые регламентируются системами стандартов для определения технических характеристик связующих, пре-прегов и ПКМ. Среди разнообразных методов анализа свойств связующих в отвержденном состоянии, статические одноосные механические испытания являются наиболее важными и информативными для практических рекомендаций использования связующего материала в определенных видах конструкций.
Калгин Александр Владимирович - ВГТУ, канд. физ.-мат. наук, [email protected]
Кудрин Алексей Михайлович - ВГТУ, канд. физ.-мат. наук, [email protected]
Поэтому целью настоящей работы являлось измерение прочностных свойств новых отвержденных безрастворных связующих на эпоксидной основе в испытаниях на сжатие в соответствии со стандартом Л8ТМ Б 695.
Методика эксперимента
Новые отвержденные безрастворные связующие на эпоксидной основе были получены в лабораторном реакторе 1КЛ ЬЯ-2000 Р и представляют собой многокомпонентную смесь эпоксидных смол, латентного отвердителя, ускорителя и эластифика-тора [2]. Испытания на сжатие связующих проводились с применением универсальной испытательной машины НоишйеИ Н100К8 с датчиком усилия до 100000Н и шагом измерения 3Н, предназначенной для определения прочностных свойств испытуемого материала.
Образцы связующих для испытаний имеют форму прямого цилиндра 12,7 мм в диаметре и 25,4 мм в длину. Образцы имеют гладкие, плоские, параллельные поверхности и острые края. Испытания проводились на пяти образцах для каждой партии при температуре 23 ± 2 °С и относительной влажности 50 ± 5 %.
Эксперименты по изучению прочностных свойств новых отвержденных эпоксидных связующих выполнялись в соответствии со стандартом Л8ТМ 695 [3] по следующей процедуре:
1. Измерялся диаметр образца с точностью до 0,01 мм в нескольких точках вдоль его длины. Рассчитывалось и записывалось минимальное значение площади поперечного сечения.
2. Испытуемый образец помещался в опрессо-вочный инструмент (рисунок) таким образом, чтобы обеспечивалось совпадение центральной линии его длинной оси с центральной линией поршня, а концы образца были параллельны поверхности основы опрессовочного инструмента.
Рис. 1. Опрессовочный инструмент
3. Устанавливалась скорость на уровне 1,3 мм/мин и запускалась машина.
4. Записывалась максимальная нагрузка, переносимая образцом во время испытания (нагрузка в момент разрыва).
5. Расчет.
5.1. Рассчитывалась предельная прочность а при сжатии путем деления максимальной сжимающей нагрузки, переносимой образцом в процессе испытания, на исходную минимальную площадь поперечного сечения образца $0.
5.2. Для каждой серии испытаний образцов вычислялось среднее арифметическое всех полученных значений прочности и записывалось оно как «среднее значение».
5.3. Рассчитывалось среднеквадратичное отклонение прочности образцов следующим образом:
а =
(1)
і=1
где Х{ - величина одного наблюдения, п - число
наблюдений, Х - среднее арифметическое значение серии наблюдений.
Результаты и обсуждение
Результаты испытаний на сжатие новых отвержденных эпоксидных связующих приведены в таблице.
Результаты испытаний на сжатие образцов новых отвержденных эпоксидных связующих: 1 партия (а), 2 партия (б) и 3 партия (в)
а)
№ 80, мм2 ®, МПа
1 121,35 146
2 122,52 145
3 121,54 148
4 121,58 146
5 122,01 145
Среднее значение 121,80 146
Среднеквадратичное отклонение 1,09
б)
в)
№ 80, мм2 ®, МПа
1 121,76 146
2 122,29 146
3 121,74 148
4 121,34 147
5 122,18 148
Среднее значение 121,86 147
Среднеквадратичное отклонение 0,89
№ 80, мм2 ®, МПа
1 121,56 145
2 121,49 145
3 121,94 147
4 121,33 147
5 121,58 146
Среднее значение 121,58 146
Среднеквадратичное отклонение 0,89
Из данных таблицы следует, что новые эпоксидные связующие обладают более высокими значениями прочности, чем их известные коммерческие аналоги [4, 5].
Обращает на себя внимание незначительное изменение величины прочности от образца к образцу для каждой партии (табл. 1). Малые величины среднеквадратичных отклонений прочности свидетельствуют о высокой стабильности прочностных свойств испытуемых связующих.
Отработанная в соответствии со стандартом Л8ТМ Б 695 методика испытаний на сжатие дает возможность получать достоверные экспериментальные данные прочностных характеристик эпоксидных связующих, улучшать существующие и разрабатывать новые высокоэффективные эпоксидные связующие для нужд авиационной и других отраслей промышленности России [6]. Использование стандарта Л8ТМ с целью отработки методики определения прочностных свойств связующих особенно важно в условиях современной экономики, когда для поддержания конкурентоспособности связующих на международном рынке их производителям необходимо следовать общепризнанным в мире стандартам.
Заключение
Согласно принятому во всех странах стандарту Л8ТМ Б 695, на новых отвержденных безрас-творных связующих на эпоксидной основе отработана методика определения прочности при сжатии. Обнаружено, что новые эпоксидные связующие демонстрируют лучшие прочностные свойства по сравнению с известными коммерческими эпоксидными связующими.
Отработанная методика испытаний на сжатие позволяет надежно определять прочностные свойства отвержденных безрастворных связующих на
Воронежский государственный технический университет
эпоксидной основе, прогнозировать изменение этих свойств в процессе эксплуатации связующих и сравнивать их с прочностными свойствами эпоксидных связующих других зарубежных и отечественных производителей, соответствующих международным стандартам.
Полученные в настоящей работе данные могут быть полезной отправной точкой для изготовления изделий инженерно-технического назначения.
Литература
1. Алентьев А.Ю., Яблокова М.Ю. Связующие для полимерных композиционных материалов. М.: МГУ, 2011. 69 с.
2. Калгин А.В., Кудрин А.М., Солопченко А.В., Яблокова М.Ю. Определение предела прочности на растяжение новых отвержденных безрастворных связующих на эпоксидной основе в соответствии со стандартом ASTM D 638 // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. № 11.1. С. 47-49.
3. ASTM D 695 - 02а «Standard test method for compressive properties of rigid plastics».
4. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные материалы. СПб.: Научные основы и технологии, 2008. 113 с.
5. Зеленский Э. С., Куперман А. М., Горбаткина Ю. А., Иванова-Мумжиева В. Г., Берлин А. А. Армированные пластики современные конструкционные материалы // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2001. Т. XLV. № 2. С. 56-74.
6. Composite materials handbook. Polymer matrix composites guidelines for characterization of structural materials. USA: Department of defense handbook, 2002. 586 c.
DETERMINATION OF COMPRESSIVE STRENGTH OF NEW HARDENED HOT MELT EPOXY RESINS IN ACCORDANCE WITH THE STANDARD ASTM D 695
A.V. Kalgin, A.M. Kudrin
A test procedure for compressive properties of epoxy-based hardened hot melt resins in accordance with the standard ASTM D 695 has been worked out. Using this procedure, strength characteristics of new hardened epoxy resins have been measured. It is revealed, that new epoxy resins have better strength properties than their well-known commercial analogues. Recommendations for use of obtained data have been developed
Key words: epoxy resins, strength properties, and standard ASTM D 695
