ГОСТ 33519-2015 Композиты полимерные. Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах

Полимерные композиты (ПКМ) представляют собой многокомпонентный армированный пластик. Если выразиться проще, то это два и более разных материала с различными физическими и химическими свойствами.

ПКМ по своим характеристикам превосходят базовые материалы.

Композиты изготавливают из пластичной полимерной основы (матрицы), армированной натуральными или искусственными волокнами.

Свойства полимерных композитов

Основными свойствами ПКМ принято считать:

• Ударопрочность;
• Термостабильность;
• Электропроводность;
• Звукоизоляция;
• Химическая устойчивость;
• Малый вес;
• Долговечность.

Прочность (ударопрочность) полимерных композитов обусловлена их особыми внутренними химическими связями. Например, углепластики превышают прочность многих металлов.

Термостабильность обеспечивается малым температурным расширением и низкой теплопроводностью ПКМ.

Электропроводность. Композиты могут быть диэлектриками и проводниками электрического тока.

Химическая устойчивость к внешним воздействиям – ПКМ легко выдерживают воздействие агрессивных сред.

Малый вес композитов обусловлен использованием полимеров в их составе. Они намного легче известных твердых и прочных материалов – металлов, керамики, натурального камня.

Эти и другие свойства ПКМ обеспечили им применение в различных направлениях деятельности человека.

Виды ПКМ

Поликомпозиты классифицируются в зависимости от типов наполнителя:

• Стеклопластик (стекловолокниты, стеклопласты);
• Углепластик (карбон, карбоволокниты);
• Боропластик (боропласты);
• Органопластик (органопласты);
• Текстолит (пластики с тканевым наполнителем);
• Полимеры с порошковыми наполнителями (наполненные полимеры).

Стеклопластик считается наиболее распространенным синтетическим материалом. Обладает высокой прочностью. Наполнитель – волокна стекла или кварца.

Углепластик состоит из переплетенных нитей углеродного волокна в матрице из полимерных смол. Устойчив к воздействию высоких температур, характеризуется повышенной прочностью, жесткостью и легкостью. Единственный недостаток материала – повышенная хрупкость.

Боропласт – композит, в котором армирующей частью служит борное волокно. Имеет низкий вес на фоне очень высокой прочности.

Органопластик – полимер с органическими (арамидными) волокнами. Имеет низкую плотность, благодаря чему используется в условиях вибрационных нагрузок, как механических, так и звуковых. Прочный, химически стойкий, радиопрозрачный. Хороший диэлектрик.

Текстолит представляет собой полимер, в котором роль арматуры возложена на ткань. Другое название – стеклотекстолит или стеклопластик. Характеризуется высокими прочностью и диэлектрическими свойствами.

Полимеры с порошковыми наполнителями имеют различные свойства в зависимости от наполнителя (тальк, глина, карбонат кальция, сажа и др.).

Учеными разработан и внедрен в производство новый вид ПКМ – нанопластик. Представляет собой углепластик, армированный углеродными нанотрубками. Обладает очень высокими прочностью и гибкостью, малым весом, поскольку нанотрубки легче воздуха.

Применение полимерных композитов в народном хозяйстве

Преимущества, которыми обладают ПКМ, обеспечили им широкое применение во многих отраслях народного хозяйства. Сферы использования композитов многогранны:

• Промышленность;
• Строительство;
• Транспорт;
• Энергетика;
• Электронная, аэрокосмическая отрасли;
• Приборостроение;
• Бытовая деятельность.

Стеклопластик используется для изготовления оконных рам, труб различного назначения, корпусов лодок, элементов кузовов автомобилей, спортинвентаря, архитектурных и строительных конструкций, бытовой техники.

Из углепластика делают конструкционные детали, которые значительно прочнее алюминиевых при снижении их веса до 10%. Широко применяется в авиации (антенные конструкции, лопасти винтов, переборки фюзеляжей и т. п.).

Устойчивость боропластика к сжатию определила его применение в аэрокосмической отрасли. Использование боропластика снижает вес деталей на 40 %. При этом прочность остается очень высокой.

Органопластик применяется в оборонной промышленности для изготовления пуленепробиваемой защиты различных технических устройств и конструкций. Так же нашел применение в судостроении, радиоэлектронике, химическом машиностроении.

Из текстолита изготавливаются детали различных механизмов (подшипники, шестерни, втулки), платы радиоэлектронных приборов.

Полимеры с порошковыми наполнителями применяют для изготовления жестких и эластичных материалов при производстве труб, электроизоляции, облицовочных плиток.

Область применения ПКМ в современном мире практически безгранична. Инженеры и технологи постоянно работают как над усовершенствованием известных композитов, так и над созданием новых.

ГОСТ 33519-2015

Настоящий стандарт определяет методику испытания композитов полимерных на сжатие при различных температурах. Суть испытаний заключается в приложении нагрузки на образец ПКМ с постоянной скоростью деформирования.

Применяемое оборудование включает испытательную машину МИМ, создающую нагрузку сжатия на образец с постоянной скоростью. Машина должна быть оснащена специальным приспособлением для обеспечения нагрузки по торцевым и боковым поверхностям образца.

Датчики деформации – для определения деформации образца во время испытания. Допускается использование механических либо оптических экстензометров или тензорезисторов, обеспечивающих точность измерения параметров до 1 %.

Штангенциркуль – для измерения геометрических размеров образца с ценой деления 0,1 мм.

Микрометр – для измерения размеров образца в процессе испытания. Подбирается по ГОСТ 6507-90, цена деления шкалы 0,01 мм.

Термокамеры – для создания образцу повышенных или пониженных температурных условий.

Образцы отливают в отдельных пресс-формах или вырезают из готового изделия.

Длину рабочей части образца определяют по таблице (см. табл. 1).

Таблица 1

Для испытаний подготавливают не менее пяти образцов.

Подготовка к испытанию. Образцы выдерживаются при температуре 23 ± 2 °С и относительной влажности 50 ± 5 °С в течение 88 часов. После этого производят замеры образца с точностью до 0,05 мм. По результатам измерений высчитывается среднеарифметическая величина толщины и ширины.

На испытываемый образец крепят механические экстензометры для измерения деформации или наклеивают тензорезисторы.

Процесс испытания. При нормальной температуре подготовленный образец помещают в приспособление, которое фиксируется в захватах испытательной машины. С установкой заданной скорости перемещения активного захвата производят равномерное приложение нагрузки на образец. Испытание продолжается до его разрушения.

Алгоритм испытаний при повышенной или пониженной температурах точно такой же, за исключением подготовки к испытанию. В этих случаях образец должен выдерживаться при температурах испытания до полного прогрева или охлаждения. Для контроля температуры на рабочую часть образца устанавливают термопары.

Изменения, происходящие с образцом во время испытания, фиксируются КИП машины. После завершения испытательного процесса с помощью математических формул и полученных диаграмм проводится обработка результатов.

где: 1 – диапазон определения модуля упругости и коэффициента Пуассона; 2 – линейная диаграмма деформирования; 3 – точка перехода; 4 – диаграмма деформирования с двумя линейными участками.

В заключение составляется протокол испытаний следующего содержания:

• Наименование материала;
• Предприятие-изготовитель;
• Метод изготовления;
• Тип образцов и их количество;
• Способ кондиционирования;
• Температура испытания;
• Тип средств измерений с указанием их номера;
• Способ измерения деформации;
• Скорость испытания;
• Значения определяемых показателей каждого образца;
• Тип и область разрушения каждого образца;
• Дата проведения испытаний;
• Обозначение настоящего стандарта.