ГОСТ Р 57860-2017 Композиты полимерные. Определение прочности при сдвиге методом пробоя

Композиты полимерные (КП) представляют собой материал, состоящий из нескольких полимеров, скрепленных связующим веществом (полимерной матрицей).

Каждый полимер в КП в отдельности обладает своими, присущими только ему химическими и физико-механическими свойствами. Объединение в одно целое приводит к появлению нового продукта, содержащего свойства каждого составляющего.

Виды и краткая характеристика композитов полимерных

ПК классифицируются по типу матрицы и наполнителя. Материал матрицы – эпоксидные смолы, полипропилен, полиэтилен и другие полимеры.

Упрощенная схема КП

Наполнители подразделяются на несколько групп в зависимости от материала: стекловолокно, графит, углепластик и др.

Стеклопластики в своем составе имеют до 80 % стекловолокна. Композит характеризуется высокой прочностью, химической инертностью и малым весом.

Углепластики на 80-90 % состоят из соединений углерода. Представляют собой материал, обладающий очень высокой прочностью, повышенной жесткостью. По этим параметрам превосходят многие легированные стали. При этом обладают низким весом. Электропроводны.

Углеграфит является подвидом углепластиков. Характеризуется высокой устойчивостью к воздействию агрессивных сред. Способен выдерживать температуры до +3000 °С. Отличается сложностью получения и дороговизной производства.

Органопластики на 2 – 80 % состоят из синтетических или природных органических волокон. Коренное отличие заключается в низкой плотности, хорошей растяжимости и малом весе.

Боропластики в качестве наполнителя имеют борные волокна. Материал характеризуется прочностью, устойчивостью к механическим нагрузкам (особенно на сжатие), повышенной твердостью.

Текстолиты изготовляются на основе пластика и ткани. Волокна ткани могут быть базальтовыми, углеродными, асбестовыми и др.

По своим физико-механическим свойствам композиты превосходят большинство значений характеристик аналогичных материалов.

Для сравнения свойств КП с другими материалами представлена таблица (см. табл. 1).

Таблица 1

Одним из главных преимуществ композитных полимеров является сравнительно небольшой цикл освоения и подготовки технологии их производства.

Применение КП в народном хозяйстве

Композитные материалы благодаря своим свойствам нашли массовое применение во многих отраслях народного хозяйства. Перечислим некоторые из них.

В строительной отрасли композиты используются в качестве стеклопластиковой арматуры при возведении фундаментов, стен и перекрытий возводимых зданий. Пенополистирол, полиуретан применяются при изготовлении гидро- и теплоизоляции. Поликарбонат является незаменимым элементом для остекления и облицовки.

Автомобилестроение использует КП для снижения массы автотранспорта. Бамперы, кузовные и внутренние элементы из композитов позволяют снизить массу транспортных средств на 20-30 %, что в свою очередь ведет к снижению потребления топлива и выброса вредных газов выхлопной системой.

Без КП не обходятся авиация и космонавтика. Например, множество фюзеляжных элементов самолетов и вертолетов изготовлены из карбона.

В электронной промышленности для изготовления печатных плат широко применяется текстолит.

В сельском хозяйстве ПК используются в элементах оросительных систем для полива растений, оборудовании для доения, обустройстве укрытий для молодняка КРС и др. животных, употребляются как укрывные и упаковочные материалы.

Кроме перечисленных композитные полимеры применяются в медицине (импланты), архитектуре (МАФ), туризме и отдыхе (корпуса лодок, спортивное снаряжение, углепластиковые удилища) и многих других отраслях жизни и деятельности человека.

Испытания композитных полимеров

Соответствие ПК предъявляемым к ним параметрам контролируется различными разработанными стандартами. Так, ГОСТ Р 57860-2017 регламентирует способ определения прочности полимерных композитов при сдвиге при продавливании пуансоном.

Суть данного метода заключается в прикладывании нагрузки к закрепленному образцу до момента отделения его зажатой части.

Оборудование для испытания включает:

• Разрывную испытательную машину (для создания нагрузки на образец);
• Специальное приспособление (для крепления образца – см. рис. 1);
• Микрометр (для измерения толщины образца).

Рисунок 1

где: 1 – верхняя и нижняя части приспособления; 2 – зажимные болты; 3 – закаленные втулки; 4 – пуансон; 5 – образец; 6 – направляющие стержни.

Для испытания подготавливаются пять образцов квадратной или круглой формы размером 50 мм при толщине от 1,3 до 13 мм. Кондиционирование образцов проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 12423-2013.

Процесс испытания. В первую очередь измеряется толщина образца с точностью ± 0,01 мм. Затем образец устанавливают в пуансон, который размещают в специальном приспособлении (см. рис. 1). Приспособление фиксируется болтами 2 к нижней платформе испытательной машины (ИМ).

Далее устанавливается скорость перемещения подвижной траверсы ИМ 1,3 ± 0,3 мм/мин и прикладывается нагрузка к образцу до момента отделения сдвигаемой части образца от зажатой. Величины скорости и нагрузки регистрируются КИП машины.

После окончания испытаний производится обработка полученных результатов. По специальным математическим формулам вычисляется значение прочности при сдвиге.

Результаты испытаний оформляются протоколом, в котором отражаются:

• ссылка на настоящий стандарт;
• дата и место проведения испытаний;
• марка материала, номер партии, ссылка на НТД на материал;
• количество и технология изготовления образцов;
• используемое испытательное оборудование;
• условия кондиционирования образцов скорость нагружения;
• величина приложенной нагрузки;
• прочность при сдвиге каждого образца;
• ФИО лица, проводившего испытания.

ГОСТ дополнительно содержит четыре Приложения:

1. Оригинальный текст модифицированных структурных элементов примененного стандарта АСТМ.
2. Оригинальный текст невключенных структурных элементов примененного стандарта АСТМ.
3. Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем стандарта АСТМ.
4. Сведения о соответствии ссылочных межгосударственных стандартов стандартам АСТМ, использованным в качестве ссылочных в примененном стандарте АСТМ.

Все Приложения справочные.