Определение упруго-прочностных характеристик высокопрочных арамидных волокон-наполнителей для современных композиционных материалов
Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий
Кафедра: Кафедра Физической химии
Академическая группа: МФХ-14-1
В настоящий момент композиционные материалы на основе высокопрочных, высокомодульных волокон являются одним из наиболее динамично развивающихся классов материалов. В качестве высокопрочных полимерных волокон широко используют полиакрилонитрильные, полиэтиленовые, арамидные и другие. Важной задачей является определение упруго–прочностные характеристик, используемых при расчете конструкций из композитов. Испытания волокон являются сложной технической задачей, в силу существенного влияния условий и параметров испытаний на полученные результаты.
В качестве объекта исследований выбраны арамидные волокна марки Twaron (Нидерланды), применяемые при производстве композиционных материалов. Экспериментально определенные значения плотности волокна 1,44 г/см3, а текстильной плотности 111 Текс.
Определение упруго-прочностных характеристик арамидных волокон проводили на сухих нитях и выделенных из них элементарных волокнах – филаментах. Образцы для испытаний заклеивались в бумажные (для филаментов) и в картонные (для нитей) рамки.
Определение упруго-прочностных характеристик проводили на универсальной испытательной машине Zwick/Roell Z020. Определение диаметров филаментов проводили с помощью сканирующего микроскопа Hitachi TM 1000 и оптического микроскопа AxioScop 40. Средний диаметр филаментов составил 10,5 мкм. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
На определяемые значения прочности s скорость испытания на филаментах и нитях не влияет. Наблюдаемая тенденция к снижению относительного удлинения и росту модуля упругости с ростом скорости испытания, связана с уменьшением влияния процесса вытягивания нитей из заклейки в захватной части образцов.
E, ГПа | s, ГПа | e, % | |
Элементарные арамидные волокна (филаменты) | |||
База 10 мм, Vтр= 10 мм/мин | 63,3 ±8,0 | 3,44 ±0,47 | 5,6 ±1,2 |
База 10 мм, Vтр= 50 мм/мин | 60,7 ± 7,9 | 3,38 ±0,47 | 5,2 ±1,0 |
База 10 мм, Vтр= 200 мм/мин | 71,2 ± 8,1 | 3,33 ±0,30 | 4,9 ±0,9 |
Арамидные нити | |||
База 100 мм, Vтр= 10 мм/мин | 81,7 ± 2,6 | 2,47 ± 0,10 | 3,6 ± 0,3 |
База 100 мм, Vтр= 250 мм/мин | 85,3 ± 1,2 | 2,45 ± 0,15 | 3,4 ± 0,3 |
База 100 мм, Vтр= 1000 мм/мин | 88,3 ± 2,2 | 2,23 ± 0,09 | 2,8 ± 0,2 |