CC BY
217
Том XXXVII
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ 20 06
№ 4
УДК 629.7.015.4.023:62 — 419.8
ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРУГОСТИ И ПРОЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В. Ф. КУТЬИНОВ , В. А. КИРЕЕВ, О. В. СТАРЦЕВ, В. Н. ШЕВАЛДИН
Представлены экспериментальные данные по исследованию влияния термовлажностного старения во влажном климате на характеристики упругости и прочности органо-, угле- и углеорганопластиков на связующем ЭДТ-69н.
Сертификационными испытаниями агрегатов самолета из полимерных композиционных материалов (КМ) предусматривается проверка работоспособности при воздействии факторов внешней среды (температура, влага) и эксплуатационных нагрузок.
Для большинства исследованных полимерных КМ температура и влажность являются теми факторами окружающей среды, которые оказывают наибольшее влияние на их характеристики упругости и прочности. Из современных КМ особенно чувствительны к таким факторам органопластики [1]. В общем случае воздействие температуры и влаги (термовлажностное старение (ТВС)) на КМ связано со сложным комплексом различных процессов. Влага, сорбируемая слоистыми КМ при ТВС, способна вызывать как обратимые, так и необратимые изменения в волокне, связующем, на границе раздела волокно — связующее. Одним из обратимых эффектов влияния влаги является ее пластифицирующее действие, вследствие чего снижается температура стеклования органического волокна и полимерного связующего [2], что приводит к снижению прочности и жесткости [3, 4]. Результатом необратимого эффекта ТВС является изменение структуры
в зоне раздела волокно — матрица, а именно: расслоение КМ, разрушение волокна или растрескивание матрицы, что приводит к снижению механических характеристик КМ [4, 5].
Известны и другие работы, посвященные вопросу влияния ТВС на характеристики органопластиков [5—7], однако влияние ТВС на характеристики гибридных КМ и, в частности, угле-органопластика (УОП) изучено недостаточно полно.
В настоящей работе с целью изучения влияния ТВС во влажном климате исследованы органо-, угле- и углеорганопластики на связующем ЭДТ-69н.
Представленные ниже результаты получены В. Ф. Кутьиновым, В. Н. Шевалдиным и О. В. Старцевым. Их анализ, обобщение и написание работы осуществлено В. А. Киреевым.
1. Влияние продолжительности ТВС на физико-механические характеристики полимерных КМ на связующем ЭДТ-69н. Исследование влияния продолжительности ТВС проводили для полимерных КМ на связующем ЭДТ-69н. В табл. 1 приведены коэффициенты сохранения характеристик упругости (модуля Юнга Е, динамического модуля сдвига О') и прочности (пределов прочности при растяжении оь, при сжатии а-ь, при изгибе аь и)
полимерных КМ после ТВС (температура испытаний была 353 ± 10 К).
Устойчивость к влаге зависит не только от химического строения связующего, но и от материала наполнителя и снижается в последовательности: углепластики, органопластики, стеклопластики. В стеклопластиках дополнительным фактором является разрушение
Т аблица 1
Влагопоглощение и коэффициенты сохранения характеристик упругости и прочности КМ после ТВС
Материал Влагопоглощение, % Характеристика Без сушки После сушки
КМУ-3л 2.4 О 0.81 1.02
яъ 0.67 1.00
я-ъ 0.90 0.98
КМУ-9 3.4 стЪ.и 0.99 1.17
Е 0.94 1.18
Органит 7Т 8.9 яъ 0.62 0.80
я-ъ 0.68 0.92
Органит 12Т 6.9 О 0.83 1.22
я-ъ 0.85 1.25
СК ВК-36р 3.9 я-ъ 0.48 0.81
ЗДИ 4.2 стъ.и 0.64 0.78
СК 5211 Б 2.8 я-ъ 0.61 0.84
ГКМ-1 2.8 я-ъ 0.79 0.92
ГКМ-2 1.5 яъ 0.99 1.03
я-ъ 0.90 1.00
Е 0.92 1.13
поверхности раздела стекловолокно — связующее, а в органопластиках — пластификация волокна, частично
сохраняющаяся и после высушивания при температуре 353 ±10 К из-за неполной десорбции воды из органоволокон. Увеличение степени отверждения связующего приводит к большей стабильности показателей механических свойств полимерных КМ во влажной среде.
В табл. 2 приведены коэффициенты сохранения пределов прочности при растяжении аь,
при изгибе <5Ьи КМ, экспонированных в теплом влажном климате в течение 2—9 лет, а также
после высушивания в термостатах.
Высушивая образцы из КМ, можно оценить величину влагосодержания. Для углепластиков показатель V изменяется в пределах от 0.3 до 1.1% в зависимости от сезона года. Для органопластиков этот показатель может превысить 4%. Поэтому для некоторых КМ пределы прочности при растяжении и изгибе, как это видно из табл. 2, после высушивания возрастают до 20 и даже 30%. Значимые (до 20—25%) снижения механических показателей в первые годы экспонирования обусловлены, главным образом, действием атмосферной влаги и в меньшей степени необратимыми деструктивными процессами, которые могут накапливаться лишь в тонком поверхностном слое и при наличии лакокрасочного покрытия, нанесенного на КМ.
Для выявления вклада повышенной температуры образцы из этих материалов выдерживали в течение шести месяцев при температуре 363 К. Результаты определения ряда характеристик даны в табл. 3, 4, в которых V — изменение массы образца; о-ъ — предел прочности при сжатии материала; 7], 72 — характеристические температуры стеклования связующего; АН = к - Н0), к, Но — толщина образца до и после ТВС; КЛТР — коэффициент линейного температурного расширения.
Текущие значения изменения массы для каждого образца определяли с помощью аналитических весов с точностью измерения 10-4 г по формуле
V = —100% = М -М0 100%,
М0 М 0
где М0, М — масса образца в граммах до и в процессе ТВС.
Таблица 2
Влагосодержание и коэффициенты сохранения пределов прочности при растяжении и изгибе КМ
Материал Длительность старения, лет Влагосодержание, % Без сушки После сушки
ъъ стЪ.и ъъ стЪ.и
Органит 5Т 3 4.0 0.91 0.82 0.88 0.95
Органит 7Т 8 4.0 0.86 0.90 0.81 0.87
Органит 10Т 8 4.3 0.85 0.87 0.92 0.96
Органит 11Т 4 3.5 0.73 0.70 0.79 0.85
Органит 12Т 2 3.8 0.93 0.89 0.92 0.81
КМУ-1лм 3 1.1 1.06 0.86 1.25 0.84
Слокарбон 7 0.3 0.96 1.05 1.07 1.09
КМУ-4л 9 0.4 0.93 1.07 1.10 1.24
КМУ-8 5 0.7 0.88 0.97 1.06 1.29
Оказалось, что из органита 12Т удаляется 0.9% влаги, а из УОП — всего 0.5%, такое количество влаги характерно для КМ обшивки в состоянии поставки. По мере высушивания предел прочности при сжатии органита 12Т немного возрастает. Для УОП этот эффект не обнаружен. Из-за десорбции влаги также закономерно возрастают температуры 7), 72 или температура 5 максимума тангенса угла механических потерь tg 5 (на 5—6 К). Температура 7] определяет нижнюю границу размораживания сегментальной подвижности на менее упорядоченных или более рыхлых участках матрицы связующего, а температура 72 характеризует начало аналогичного процесса в более плотно упакованных областях сетчатого аморфного полимера [6].
Изотермическая выдержка образцов при температуре Т =363 К во влажной среде (ф = 100%), как показывают данные табл. 3, 4, приводит к влагонасыщению до 7.5% для органита 12Т и 2.8% для УОП. Для создания влажности ф = 100% образцы помещали в эксикаторах над дистиллированной водой, которые ставились затем в термостаты. Таким образом, предельно возможное
влагосодержание для этих материалов в тепловлажностных условиях с температурой 363 К с учетом начального количества влаги составляет 8.4 и 3.5% соответственно. В результате этого температура стеклования неупорядоченных областей связующего Т уменьшается для органита 12Т на 24 К, а для УОП — на 25—30 К. На 35—40 К понижается температура стеклования упорядоченных областей Т2 и температура Т1ё 5. Следовательно, налицо яркое проявление пластифицирующего
воздействия влаги для органита 12Т и УОП.
Рис. 1 дает наглядное представление о кинетике сушки при Т = 363 К (кривая 1) и влаго-насыщения (кривая 2) для УОП.
Из-за пластифицирующего воздействия влаги предел прочности УОП при сжатии уменьшается на 15—25%, флуктуация КЛТР, определяемого с помощью кварцевого линейного
Т аблица 3
Характеристики органита 12Т после ТВС в сухой и влажной среде
Условия хранения Продолжительност ь старения, мес. м>, % и-Ь, МПа Ті, К Т2, К
Нормальные 145 353 393
ТС при Т = 363 К 3 -0.7 168
6 -0.9 181 329 399
ТВС при Т = 363 К, ф = 100% 3 7.0 120 338 366
6 7.5 127 329 358
ТВС при Т = 363 К, ф = 100% и 3 177 371 381
сушка при Т = 363 К 6 -0.5 186 363 390
Т аблица 4
Физико-механические характеристики УОП на связующем ЭДТ-69н после ТВС в сухой и влажной среде
Условия хранения Продолжительность старения, мес. , МПа с, ГПа Т\% а, К ш/ы, % Дк/к, % КЛТР при Т =373 К, 106 К-1
Нормальные 375 13.5 410 0 0 -2.0
ТС при Т = 363 К 1 401 13.0 410 -0.4 0 -1.8
3 376 12.6 410 -0.4 0 .3 3. -
6 376 11.4 415 -0.5 0 -2.7
ТВС при Т = 363 К, 1 336 11.5 380 1.8 1.3 -1.8
ф = 100% 3 305 12.1 370 2.5 2.5 -3.4
6 298 11.6 370 2.8 3.1
ТВС при Т = 363 К, 1 361 13.4 400 -0.10 0 -2.5
ф = 100% и сушка при 3 372 13.4 405 0.10 0 -2.5
Т = 363 К 6 15.2 400 0
АМІМ, %
-1 10 20 30 40 50 ^т,сут.
Рис. 1. Изменение массы образцов из УОП на связующем ЭДТ-69н в процессе теплового старения при температуре Т = 363 К (1) и теплового старения во влажной среде (Т = 363 К, ф = 100%) (2)
дилатометра, не превышает 1-10 6 К 1. При этом в результате набухания органопластика увеличивается толщина образца примерно на 3%, определяемая стандартным микрометром с точностью измерения 0.01 мм.
Определение физико-механических характеристик этих материалов, подвергнутых ТВС в течение шести месяцев и сушке при температуре 363 К, показало, что значения механических характеристик при комнатной температуре даже превосходят исходные значения. Это связано с тем, что в связующем ЭДТ-69н при Т = 363 К наряду с пластификацией протекает процесс доотверждения, что приводит к компенсации общего снижения физико-механических характеристик УОП при максимальном влагонасыщении.
2. Влияние ТВС во влажном теплом климате на физико-механические характеристики УОП на связующем ЭДТ-69н. О степени влияния теплого влажного климата на УОП и его компоненты (органопластик органит 12Т и углепластик КМУ-11) можно судить по результатам определения пределов прочности, представленных в табл. 5—7. Проводилось экспонирование плит из этих материалов от года до трех лет в условиях субтропиков под навесом и на открытой площадке (в том числе, под изгибной нагрузкой для органита), которое приводит, в целом, к проявлению эффектов доотверждения связующего, так как прочностные показатели рассматриваемых КМ превосходят в большинстве случаев соответствующие исходные значения.
В отдельных случаях отмечается понижение прочностных показателей (не более, чем на 10—15%) , что объясняется пластифицирующим воздействием атмосферной влаги.
В табл. 8 даны значения характеристических температур стеклования связующего ЭДТ-69н в углепластике КМУ-11 по данным динамического механического анализа для исходного состояния и после одного года экспонирования в теплом влажном субтропическом климате. Видно, что после годичного экспонирования плит под навесом, где прямые атмосферные осадки отсутствуют, характеристические температуры остались неизменными. В то же время выдержка плит
в условиях открытой площадки с периодическим увлажнением понизила температуры переходов Ту - Т4 и Т1ё д в области стеклования, что и является признаком пластификации связующего
ЭДТ-69н при натурном экспонировании.
Температура Т3 определяет верхнюю границу «размораживания» сегментальной подвижности на менее упорядоченных или более рыхлых участках матрицы связующего, а температура Т4 характеризует окончание аналогичного процесса в более плотно упакованных областях сетчатого аморфного полимера [6].
Таблица 5
Изменение пределов прочности органита 12Т после климатического старения
Условия испытании стъ, МПа ст_ъ, МПа стъ.и, МПа
293 K 353 K 293 K 353 K 293 K 353 K
Нормальные 659 572 172 135 343 274
Открытая атмосфера (12 мес.) 607 432 193 101 406 192
Открытая атмосфера (24 мес.) 615 159
Навес (24 мес.) 702 182
Открытая атмосфера (6 мес., нагрузка 0.25 аь и ) 343 255
Открытая атмосфера (6 мес., нагрузка 0.25 иь и ) 361 264
Т аблица 6
Пределы прочности на растяжение и изгиб углепластика КМУ-11 после ТВС
Продолжительность Условия старения Стъ, МПа а-ъ, МПа
старения, мес.
0 Нормальные 361 342
6 Навес 387 310
Атмосферная площадка 407 281
12 Навес 370 298
Атмосферная площадка 431 298
Т аблица 7
Пределы прочности на растяжение и изгиб УОП после ТВС
Продолжительность старения, мес. Условия старения , МПа , МПа
0 Нормальные 283 375
12 Навес 283 396
Атмосферная площадка 262
24 Навес 327 371
Атмосферная площадка 300 371
36 Навес 276 374
Атмосферная площадка
Т аблица 8
Характеристические температуры стеклования связующего ЭДТ-69н в углепластике в исходном состоянии
и после одного года ТВС во влажном климате
Условия испытаний 71, К 72, К 73, К т4, К ^ К
Нормальные 379 393 425 437 413
Навес 373 393 420 440 413
Открытая атмосфера 353 385 411 429 409
Открытая атмосфера + нагрузка 0,3 иь и 348 385 416 423 405
3. Влияние ТВС во влажном теплом климате на физико-механические характеристики трехслойных сотовых образцов с обшивками из УОП. Для изучения влияния ТВС во влажном теплом климате использовали 20 трехслойных сотовых образцов с обшивками из УОП на связующем ЭДТ-69н (объемное содержание углеродных волокон 75%). Длина образцов 700 мм, ширина 70 мм. Соты выполнены из материала ССП-1 со стороной 2.5 мм и высотой 9.0 мм, обшивки покрашены лакокрасочным покрытием — эмалью АС-1115, клеевые полосы расположены в продольном направлении. Торцы 18 образцов защищены герметиком У30-МЭС-5м и фольгопленом, торцы двух образцов незащищены. 12 образцов подвергали циклическому нагружению. Схема установки для испытаний образцов на четырехточечный изгиб приведена на рис. 2.
Образцы экспонировали на открытых атмосферных стендах по ГОСТ 17170—71. На них воздействовали высокая среднегодовая относительная влажность (80—85%), большое количество выпадающих осадков (2600 ±280 мм в год), интенсивная солнечная радиация, приводящая к нагреву образцов до 330—350 К. Агрессивность климата обусловлена непосредственной близостью моря, что повышает содержание хлоридов и сульфатов в атмосфере.
Приведем данные о влагонасыщении образцов (измерение массы выполняли два раза в
месяц в течение года с помощью аналитических весов с точностью 10-4 г). На рис. 3 показана зависимость влагонасыщения от продолжительности экспонирования в теплом влажном климате на открытой площадке для образцов № 14—16 в период с 5.03.1991 по 15.04.1991 г. Оказалось, что за первые 30—40 суток экспонирования образцы сорбируют 0.4 ± 0.15% влаги. Так как торцы образцов надежно защищены герметиком и фольгопленом, то сорбция влаги при этом происходит через поверхность обшивки и слой лакокрасочного покрытия. Образцы № 2—4 экспонировали
в течение года, начиная с декабря 1990 г. Результаты по определению влагонасыщения
Рис. 2. Схема установки для испытаний образцов на четырехточечный изгиб
и\ %
0 4
0.2
16
♦ ' 15 —-Ц,—- т -«
14
10 20 30 X, Сут.
а)
М>, %
1.6
1.2
0.8
0.4
"п о/ о —д ——■— X О ^ 4 ^0 ( о о
/о р /о < ^.2 о о
/о о / Г / / 3 . О .э /
Л ( \ ° 1 / 0 ^
Шо 'о
0 4 6 8 Т-мес-
б)
Рис. 3. Изменение влагонасыщения от продолжительности экспонирования в теплом влажном климате на начальной стадии (а) и в течение года (б) трехслойных сотовых образцов с защищенными торцами
приведены на рис. 4. Видно, что возрастание сорбированной влаги до 1.5 ±0.5% происходило в течение первых четырех-пяти месяцев (до мая 1991 г.). В летние месяцы отмечено снижение поглощенной влаги до 1 ± 0.5%, после чего, вплоть до декабря 1991 г., масса образцов вновь
увеличилась на 1.5 ±0.5%. Попытки обнаружить зависимость влагосодержания от температуры и влажности воздуха за период наблюдений (табл. 9, 10) не дали положительного результата. По-видимому, при сравнительно стабильной средней относительной влажности воздуха 80 ±5% и незначительных сезонных изменений температуры воздуха в летние месяцы дополнительную роль играет нагрев образцов от солнечного излучения, в результате чего происходит десорбция частиц поглощенной влаги из поверхностных слоев.
Т аблица 9
Месячные данные температуры и влажности с 12.90 г. по 11.91 г.
Месяц, год Температура воздуха, °С Влажность, %
Средняя Средняя Абсолютная Средняя Средняя Абсолютная
макс. мин. макс. мин. макс. мин. макс. мин.
12.90 8.8 14.8 3.2 17.5 1.8 80 93 69 99 53
1.91 6.4 10.6 -0.6 12.8 -0.1 83 96 60 98 42
2.91 5.5 14.4 1.7 18.0 -1.7 81 94 85 100 50
3.91 7.8 15.8 4.6 21.2 3.7 88 94 68 98 39
4.91 11.6 16.4 8.8 21.7 4.7 85 96 57 98 44
5.91 15.9 22.0 11.9 27.4 8.2 80 95 60 99 38
6.91 19.7 25.8 15.8 25.9 12.6 85 91 73 97 65
7.91 24.5 27.6 21.9 30.0 19.5 82 91 70 97 59
8.91 23.9 27.1 18.4 30.0 18.0 87 95 78 98 63
9.91 21.4 27.0 17.3 29.0 12.2 80 94 60 97 53
10.91 18.2 20.5 12.2 26.0 9.8 82 91 71 98 50
11.91 12.0 18.9 7.7 19.1 6.0 80 96 74 99 61
Таблица 10
Среднесуточные метеоданные за период с 5.03.90 г. по 5.04.91 г.
Число месяца Температура воздуха, °С Относительная влажность, % Число месяца Температура воздуха, °С Относительная влажность, %
средняя макс. мин. средняя макс. мин. средняя макс. мин. средняя макс. мин.
5 3.6 4.3 3.0 92 95 90 21 8.4 9.4 7.2 92 95 90
6 3.9 5.2 2.2 90 94 86 22 8.8 9.8 7.7 92 95 91
7 3.8 5.6 1.7 86 95 56 23 8.4 9.2 7.7 95 96 94
8 4.2 7.7 0.7 78 92 60 24 8.8 10.2 7.7 91 97 80
9 2.7 2.7 2.6 83 94 66 25 9.4 9.8 8.7 89 94 86
10 5.1 8.2 3.2 83 96 70 26 8.9 11.6 5.7 74 95 85
Продолжение табл. 10
Число месяца Температура воздуха, °С Относительная влажность, % Число месяца Температура воздуха, °С Относительная влажность, %
средняя макс. мин. средняя макс. мин. средняя макс. мин. средняя макс. мин.
11 5.1 8.2 2.2 81 88 74 27 8.2 9.2 6.7 94 96 93
Рис. 4. Изменение влагонасыщения от продолжительности экспонирования в теплом влажном климате трехслойных сотовых образцов с незащищенными торцами
12 7.9 16.4 2.7 70 80 39 28 9.2 10.2 7.7 90 95 86
13 8.2 9.6 5.7 81 91 71 29 9.8 11.2 6.7 90 96 86
14 9.0 17.0 6.8 91 95 86 30 11.3 22.5 6.7 90 96 86
15 5.9 6.2 5.2 91 94 88 31 8.0 8.7 7.7 94 95 92
16 5.6 10.7 2.2 85 95 72 1 11.0 15.2 9.7 80 90 56
17 9.5 12.7 6.2 82 90 74 2 11.2 13.6 6.7 87 94 76
18 15.7 21.2 11.7 67 78 48 3 11.0 15.2 9.7 90 95 85
19 9.7 11.7 8.6 88 95 84 4 10.7 11.5 10.5 94 96 89
20 8.9 9.4 8.7 94 96 91 5 10.9 12.0 10.4 45 96 90
Таблица 11
Остаточный прогиб и предел остаточной прочности при изгибе после ТВС и циклического нагружения
Номер образца Продолжительность старения на открытой площадке, мес. Количество циклов Изменение прогиба, мм Предел остаточной прочности при изгибе, МПа Среднее значение предела остаточной прочности при изгибе, МПа
17 0 0 186
18 0 0 194
267 0 0 210 197
316 0 4 200
284 0 9 200
336 0 19 000 0.58 201 201
14 4 10 000 0.50 163
15 4 10 000 0.50 164
16 4 10 000 0.85 165
11 8 5 000
12 8 10 000 0.50
13 8 10 000 159 159
5 12 10 000 0.70 137
6 12 10 000 1.00 174 174
7 12 10 000 0.90 212
2 12 0 117
3 12 0 139 130
4 12 0 105
291 12 0 159 155
293 12 0 152
По-иному происходит влагопоглощение образцов № 291 и 293 с незащищенными торцами (см. рис. 4). Уже за первые два-три зимних месяца экспонирования масса образцов увеличилась в одном из них до 1.5% , а в другом — до 6—7%. В дальнейшем, в летние месяцы, количество сорбированной влаги уменьшилось до 1—3%, а затем вновь возросло. По-видимому, такое большое количество поглощенной влаги объясняется ее накоплением в объеме трехслойного образца через открытые соты, причем существует сильная зависимость от состояния открытой кромки, влияющей на проникновение влаги в объем образца.
Из данных, приведенных в табл. 11 и на рис. 5, можно сделать вывод, что диапазон изменения предела прочности при изгибе аЬи исходных образцов — от 186 до 210 МПа. После 10 000
циклов нагружения и выдержки в условиях открытой площадки он уменьшился на 20 —25%. При отсутствии достаточного количества образцов для получения статистически значимого результата можно отметить лишь, что после экспонирования в течение 12 месяцев и 1 0 000 циклов нагружения разброс аЬи увеличился при сохранении наибольшего значения как и для
исходных образцов.
Из 12 образцов, подвергнутых циклическому нагружению, три образца разрушились, не пройдя базу нагружения в 10 000 циклов, вследствие нарушения адгезии между сотами и обшивкой.
200
100
МПа При определении предела остаточной
прочности при изгибе а^ипо ОСТ 190265—78
все образцы, включая образцы с защищенными и незащищенными торцами, состаренные без нагрузки
в течение 12 месяцев, разрушились вследствие отслоения обшивки от сот, кроме образца № 7, у которого произошел поперечный излом обшивки. Испытания проводили на машине 2Б Б10/90, скорость движения захвата 10 мм/мин.
Анализируя данные по величине предела остаточной прочности при изгибе, можно
отметить, что значения а*Ьи = 105 — 139 МПа
образцов, экспонированных в течение 12 месяцев старения
в свободном состоянии, оказались ниже, чем а*ь и
образцов, прошедших дополнительную базу нагружения в 10 000 циклов. Наиболее вероятной причиной такого уровня значений является не влияние климатических воздействий и усталости, а возможный разброс показателей свойств
образцов. На это указывают и более высокие (152—159 МПа) значения а*Ьи образцов с незащищенными торцами, по сравнению с а*ь и образцов № 2—4.
■ ■ ■ 'С
в ■ I ■ ■ ЛГ1 1 .с
0 4 8 1, мес.
Рис. 5. Диапазон изменения предела остаточной прочности при изгибе трехслойных сотовых образцов от продолжительности экспонирования в теплом влажном климате с наложением 10 000 циклов от нулевой изгибной нагрузки, соответствующей уровню
°.5 стЬ.и
Таблица 12
Предел прочности при равномерном отрыве обшивок из УОП после ТВС
Продолжительност ь ТВС, мес. 0 4 8
Группа образцов Нагрузка, кН Нагрузка, кН аь, МПа Нагрузка, кН аь, МПа
1 8.30* 2.93 14.4 5.09 6.7* 2.37
2 12.70** 4.48 15.7 5.55 6.4* 2.26
3 9 95** 3.51 11.6* 4.10 7.6* 2.69
4 9.20* 3.25 11.3* 3.96 4.9* 1.73
5 13.50** 4.77 16.6** 4.70 8.2* 2.90
6 12.00 4.24 13.3 7.6* 2.69
7 10.00* 3.53 5.8* 2.05
Среднее значение 3.82 4.88 2.73
Стандартное 0.68 0.41 0.76
отклонение
Вид разрушения образцов: * — отрыв сот от обшивки; ** — расслоение УОП; в остальных случаях — комбинированный.
Этот вывод подтверждается данными испытаний образцов на равномерный отрыв обшивки от сот, выполненных по ОСТ 190147—74 (табл. 12) на разрывной машине РМ-102 со скоростью движения активного захвата 10 мм/мин. При сравнительно небольших стандартных отклонениях в каждой группе из семи образцов, вырезанных из исходного образца и из образцов, прошедших усталостно-климатические испытания, средние значения аь изменяются от исходных 3.82 до 4.88 МПа для экспонированных в течение четырех месяцев образцов и 2.38 МПа для экспонированных в течение восьми месяцев образцов (база испытаний — 10 000 циклов). Очевидно, что такие отклонения вызваны неодинаковой исходной прочностью склейки обшивки с сотами. Это подтверждается также тем, что в образцах с пониженной величиной аь = 2.38
МПа (см. табл. 12) при нагружении происходил отрыв сот от УОП, тогда как в других случаях наблюдалось межслойное расслоение панели и комбинированный характер разрушения.
Авторы признательны профессору, доктору технических наук Г. Н. Замуле, сделавшему ряд замечаний и пожеланий, направленных на улучшение статьи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анискевич К. К., Курземниекс А. Х., Янсон Ю. О. Исследование влияния длительного воздействия температуры и влаги на упругие свойства и структуру органопластика // Механика композитных материалов. — 1985, № 4.
2. Курземниекс А. Х. Влияние влаги на структуру и свойства органоволокна //
Механика композитных материалов. — 1980, № 5.
3. Wright W. W. The effect of diffusion of water info epoxy resins and their carbon -fibre reinforced composites // Composites. — 1981, July.
4. Om K. Josshi. The effect of moisture on the shear properties of carbon fibre composites // Composites. — 1983. — Vol. 14, N 3.
5. Применение композиционных материалов в изделиях зарубежной авиационной техники. Ч. 1 // Обзоры по материалам открытой иностранной печати за 1969—1980 гг. —
ЦАГИ. — 1984, № 644.
6. Кружкова Е. Ю., Перов Ю. Ю., Локшин В. А., Мельников П. В. Исследование свойств эпоксидных органоуглепластиков в условиях термовлажностного старения // Механика композитных материалов. — 1990, № 2.
7. Старцев О. В., Мелетов В. П., Перов Б. В., Машинская Г. В. Исследование механизма старения органотекстолита в субтропическом климате // Механика композитных материалов. — 1986, № 3.
Рукопись поступила 29/VIII2005 г.
