Влияние увлажнения на анизотропию крутильной жесткости листовых углепластиков
Жолнеров Алексей Владимирович
Алтайский государственный технический университет

Научный руководитель: Маркин Виктор Борисович, д.т.н., проф.
Соавторы: Бирюков Андрей Александрович

Факторы внешней среды (прежде всего влага и температура) могут оказывать существенное воздействие на упругие свойства композиционных материалов и на характер их анизотропии. Изучение результатов такого воздействия особенно актуально для материалов авиационного назначения. Целью данной работы являлось исследование влияния длительного (100 суток) увлажнения при повышенной (333К) температуре на крутильную жесткость углепластика КМКУ-1.80, образцы которого были предоставлены ВИАМ (г. Москва).

Были выполнены три серии измерений: в предварительно высушенном до стабилизации массы, увлажненном и повторно высушенном состоянии материала. Образцы размером 80х8х0,5 мм вырезались под семью разными углами к выделенному направлению армирования и кондиционировались. Динамическая крутильная жесткость образцов в интервале температур 230-470К измерялась с помощью крутильного маятника в режиме свободно затухающих колебаний. Типичный вид температурных зависимостей приведен на рис.1.

Рис. 1. Температурные зависимости приведенной динамической жесткости кручения (1, 2, 3) и тангенса угла механических потерь (1', 2', 3') предварительно высушенного (1, 1'), увлажненного (2, 2') и повторно высушенного (3, 3') углепластика КМКУ-1.80. Угол вырезки образцов 15° .

Для оценки величины анизотропии использовалась модель [1] крутильной жесткости однонаправленного монослоя, описываемая формулой (1), и аддитивный подход, учитывающий различие вклада каждого монослоя в суммарную жесткость образца из-за разного расстояния их до оси кручения.

 (1)

В рамках модели (1) анизотропия описывается параметрами J и x . Параметр Cў max имеет смысл максимальной жесткости, которая может быть реализована для монослоя при выбранной температуре испытания варьированием угла вырезки образца, а Cў 90 – жесткость монослойного образца, вырезанного под углом 90° к направлению армирования. Температурные зависимости коэффициента анизотропии жесткости x =Cў max/Cў 90 приведены на рис.2.

Рис. 2. Температурные зависимости параметра анизотропии жесткости C'max/C'90 углепластика КМКУ-1.80 в предварительно высушенном (1), увлажненном (2) и повторно высушенном (3) состоянии.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

  1. Увлажнение и последующая сушка практически не меняют величины анизотропии в области стеклообразного состояния связующего.

  2. При температурах выше 400К (в области высокоэластичности связующего) увлажнение и повторная сушка снижают коэффициент анизотропии жесткости на 50 %.

  3. В области a -релаксации связующего вне зависимости от состояния материала анизотропия резко возрастает.

  4. Повторная сушка приводит к доотверждению связующего и увеличению степени сшивки.

(c) АСФ России, 2001