ГОСТ 33599-2015 Волокно углеродное. Определение плотности высокомодульных углеродных волокон

Материалы из углеродных волокон востребованы в производстве конструкционных изделий для высокотехнологичных отраслей. Керамоматричные, углерод-углеродные композиты, углепластики используются в авиационной промышленности, судо- и автомобилестроении. Ввиду ответственности деталей, конструкций к их свойствам предъявляют усиленные требования, регламентированные государственными стандартами.

ГОСТ 33599-2015 устанавливает правила определения одной из ключевых характеристик высокомолекулярных углеродных волокон – плотности, от которой зависят прочностные пределы и модуль упругости.

Испытания для определения плотности углеродных волокон по ГОСТ 33599-2015

Показатели плотности углеволокна указываются в спецификации продукции, так как определяют сферу использования армирующих компонентов. По параметрам плотности оценивают упруго-прочностные качества, способность полимерного армирования противостоять типичным растягивающим, разрывным, разрушающим нагрузкам. Плотность используется в расчетах объема армирования и пустот, которые образуются в контактных зонах в процессе производства композитов.

Значения плотности предоставляют возможность анализировать технические характеристики создаваемых материалов для армирования на стадии разработки в рамках научно-исследовательских мероприятий и опытно-конструкторских работ.

ГОСТ 33599-2015 регламентирует 2 методики испытаний, согласно которым определяют плотность высокомодульных марок углеволокна. Приоритетный способ подбирают, ориентируясь на задачи тестирования и свойства исследуемого материала. Имеет значение структура армирующего волокна, его пористость и степень смачивания поверхности рабочей жидкостью.

Ключевые правила испытаний:

• Метод А. Технология гидростатических испытаний заключается в прямом измерении массы образца сначала в воздушной среде, затем в рабочей жидкости. В качестве жидкости зачастую используется дистиллированная вода с добавлением ПВА. Ее плотность известна, перед каждым тестом величина подтверждается посредством калибровки с применением эталона из боросиликатного стекла. Плотность эталона 2,2 г/см³. Методика требовательна к поддержанию стабильных атмосферных условий для кондиционирования и тестирования углеродных волокон. Необходимо ограждать зону исследования от воздушных потоков экраном.
• Метод Б. Альтернативная технология испытаний применяется, если прямым способом получить достоверную информацию о плотности углеволокна невозможно или излишне сложно. Методика заключается в уравновешивании плотности смеси 2-х жидкостей с плотностью образца. В сосуд с рабочими жидкостями, различающимися по плотности, помещают образец волокна. Постепенно увеличивая или уменьшая параметры смеси, добиваются, чтобы образец принял взвешенное положение посредине высоты емкости. Достигнутую посредством поэтапного подмешивания плотность смеси измеряют пикнометром. Результат признается плотностной характеристикой образца тестируемого материала.

В большинстве случаев определения проводят в соответствии с правилами, изложенными методикой А. Если поверхность исследуемого экземпляра недостаточно смачивается, в рабочую жидкость добавляют вещества, нейтрализующие жир. Способ не используется для измерения величины плотности углеродных волокон с высокой пористостью, которые тестируют по методике Б.

Способ Б применяется для измерения плотности армирующих волокнистых материалов со сложным молекулярным строением и большим количеством пор. Основным минусом считается трудоемкость процедуры. Методика целесообразна, если плотность одной из рабочих жидкостей близка по значению к аналогичному параметру исследуемого материала.

Для проведения испытаний по обеим методикам готовят по 3 образца весом от 0,5 до 5,0 г, если иное количество не указано в сопроводительной документации продукции. С заготовленных для опробования отрезков удаляют аппрет и технологические составы, наносимые для облегчения обработки волокон. Обязательным условием подготовки является кондиционирование проб в атмосфере со стабильными показателями: tº = 23±1º C и φ = 50 %, выдержка рабочих жидкостей 24 ч при tº = 23±1º C.

Технические средства для измерения плотности высокомодульных углеродных волокон

Чтобы получить достоверную информацию о плотности УВ, потребуются следующие технические средства:

Профессиональные консультации опытных менеджеров из штата объединения «ГОСТ» помогут детально ознакомиться со спецификой эксплуатации испытательных машин и оснастки, чтобы выбрать технические средства для испытаний.