Использование углепластиков в качестве конструкционных материалов для космической, авиа- и судостроительной отрасли обосновано сочетанием минимального веса с высокой несущей способностью. Жесткость ряда марок превышает показатели алюминия и титана. Термостойкость, вибрационная и усталостная прочность позволяют использовать композиты с углеволоконным армированием в условиях, недоступных другим материалам.
Уязвимым качеством ПКМ этой группы признана слабая сопротивляемость межслоевому сдвигу, обусловленная низким сцеплением карбоновых волокон со связующим компонентом. Для контроля адгезии проводятся испытания, имитирующие сдвиговые нагрузки на специализированном оборудовании.
Тесты ПКМ с углеродным волокном на стойкость к межслойному сдвигу
Низкая адгезия связующей составляющей и углеродного армирования объясняется большими различиями модулей упругости. Изгибающие моменты стимулируют в углепластиках возникновение и развитие сложных напряженных состояний. Верхние слои композитов под воздействием сосредоточенной давящей нагрузки сжимаются, нижние – растягиваются. К тому же упругие свойства армирующих волокон неравнозначны. Эластичность и модуль упругости вдоль основной оси у них значительно выше, чем в перпендикулярном направлении.
Способность противостоять межслойным сдвиговым нагрузкам – критически важное качество для многослойных изделий с различным расположением армирующих волокон. Адгезия связующей матрицы и армирующего наполнителя определяет надежность выполненной из композита конструкции, детали, узла. Исследование кинетики межслоевого сдвига предоставляет конструкторам, архитекторам, проектировщикам информацию для создания безопасных объектов.
Для тестирования ПКМ, армированных углеродным волокном, воспроизводят изгибающую нагрузку с приложением усилий в 3-х точках. Образцы изготовленного для испытаний углепластика свободно укладывают на роликовые опоры, установленные на нижнюю траверсу. Направленную в центр исследуемого экземпляра нагрузку передает пуансон, соединенный с верхней подвижной траверсой.
Тестирование ПКМ на прочность к изгибу проводят в следующем порядке:
- Изготовление образцов. Для испытаний образцы вырезают из панелей или пластин углепластика в соответствии с указаниями сопроводительной документации или НД. Торцевую кромку экземпляров, вырезанных из панелей, обрабатывают до получения ровной поверхности. Пробы допускается отливать или прессовать, если в паспортных документах нет указаний.
- Кондиционирование. Предназначенные для тестирования экземпляры выдерживают в условиях с атмосферными показателями, которые обозначены в техническом паспорте или регламентированы НД. Тесты проводят в аналогичных условиях.
- Подготовка к испытаниям. Для расчета пролета между нижними опорами измеряют толщину образцов. Пролет рассчитывают в мм, умножив толщину на 5 и прибавив 0,3.
- Испытание. Образец устанавливают свободно на нижние опоры так, чтобы центр располагался на одной оси с пуансоном. Нагрузку прикладывают до повреждения экземпляра. В момент появления горизонтальной трещины в межслойной области регистрируют приложенную силу.
- Анализ разрушения. Извлеченный из рабочего пространства образец осматривают с целью определения характера повреждения. Допустимыми считаются горизонтальные трещины: множественные или одиночные. Материал признается непрошедшим проверку, если обнаружены вертикальные трещины на нижней стороне пробы и локальные повреждения под пуансоном.
Полученные результаты используются в расчетах кажущегося предела прочности и кажущегося напряжения. Итоги необходимы для прогнозирования поведения склонных к расслаиванию изделий из ПКМ на основе углеродного волокна. Сведения особенно значимы для конструкций сложной конфигурации, узлов и деталей с многочисленными точками креплений и функциональными элементами.
Технические средства для испытания углепластиков на межслойный сдвиг
Для лабораторных исследований устойчивости к межслойному сдвигу ПКМ на основе карбонового волокна понадобится:
Опытные менеджеры с профессиональными компетенциями экспертного уровня помогут выбрать основное и вспомогательное оборудование для оснащения техническими средствами производственной, сертификационной, учебной лаборатории.
