ных штапельных волокон диаметром 10 мкм из стекла марки 7-А, скрепленных между собой связующим. В качестве связующего ис пользуют смесь полиметилметакрилата (ТУ 6-01-497-75) с полиакри ламидом (ТУ 6-01-1049-81).
Мат марки МБ из рубленых стеклянных нитей состоит из хаоти чески расположенных отрезков комплексных нитей, содержащих 200 и более моноволокон диаметром 10 мкм, скрепленных между собой жидким полимерным связующим марки ПНТ-Т. Комплексная нить вырабатывается из стекла алюмоборосиликатного состава.
Лавсановый мат марки НКП-Л - это нетканое клееное полотно из хаотически расположенных лавсановых волокон диаметром 10 мкм.
Углеграфитовая ткань марки УТМ-8 представляет собой ткань сатинового переплетения.
Химически стойкие стирольные полиэфирные смолы ПН-16, ПН-15 и ПН-10 применяются в качестве связующих для футеровочных и конструкционных слоев стеклопластиковых трубопроводов и химической аппаратуры, работающих в контакте с различными аг рессивными средами при повышенных температурах.
Эпоксидные связующие марки ЭДТ-10, ЭДТ-10А, ЭДТ-10Б, УП-610 и Э-181 применяются для получения композиционных мате риалов различного назначения.
Композиты на основе полиэфирных смол и эпоксидной смолы смолы ЭДТ-10 получены методом контактного формования (давле ние формования - 0,0006 МПа).
Пресс-композицию типа "препрег" марки ППМ-15-СХ изготав ливают из ненасыщенной смолы ПН-15М, минеральных порошкооб разных наполнителей и армирующего наполнителя из хаотически расположенных отрезков (длиной 50 мм) рубленых комплексных стеклонитей алюмоборосиликатного состава и других добавок.
Содержание основных исходных компонентов препрега (мае. %): ПН-15М - 40; минеральный наполнитель (каолин) - 24,3; стеклонаполнитель - 30.
Композит марки ПСК-15-СХ представляет собой пресс-компози цию на основе полиэфирной смолы ПН-15, хаотически расположен ных дискретных комплексных нитей алюмоборосиликатного состава длиной 10 мм, минерального наполнителя и других добавок.
Содержание основных компонентов премикса (мае. %): ПН-15 - 40; минеральный наполнитель (каолин) - 37,9; стеклонаполнитель -
20.
Данные пресс-композиции изготавливают методом прессования. Режим прессования: давление - 8,0 МПа, температура - 403 К.
Для оценки степени воздействия жидких агрессивных сред на трещиностойкость композиционных материалов использовали типо вые агрессивные среды: кислая - 5%-я НС1, нейтральная - дистилли рованная вода и щелочная среда - 10%-й NaOH.
216
2.2.Методика экспериментальной оценки сопротивления стеклопла стика зарождению в нем трещины К0 и распространению в нем трещины K Q
Воснову определения KQ - критического коэффициента интен сивности напряжений для случая обобщенного плоского напряжен ного состояния, определяемого в момент страгивания трещины-над реза, была положена методика, изложенная в работе [107]. Выбор данной методики предопределен формой испытываемого образца - это клиновидный образец типа двойной консольной балки, позво ляющей длительно экспонировать его в условиях одновременного воздействия различных агрессивных сред, нагрузок и температур (рис. 2).
12 24
Рис. 2. Клиновидный образец типа двойной консольной балки:
L - допустимыйдиапазон длин исходной трещины-надреза, е- ее ширина
Клиновидный образец растягивался на разрывной машине при скорости движения активного захвата 1 - 0,5 мм/мин. Погрешность определения силы не превышала 10% от измеряемой величины.
Для определения момента страгивания трещины-надреза было предложено одновременно с записью кривой "усилие - смещение" проводить запись в реальном масштабе времени дифференциальных и интегральных параметров акустической эмиссии (рис. 3).
Для регистрации сигналов акустической эмиссии был разрабо тан специальный комплекс аппаратуры.
217
Основные параметры аппаратуры приведены ниже.
Рабочая полоса частот, кГц |
1002000 |
Чувствительность, мкВ |
не менее 3 |
Динамическийдиапазон, дБ |
60 |
Постоянная временидетекторауровня сигна- |
0,1 |
ла АЭ, с |
100, 300, 700, 1200 |
Частота среза ФВЧ, кГц |
|
ЧастотасрезаФНЧ, кГц |
300,700, 1200, 2000 |
Р, Н
I, мкВ
Рис. 3. Синхроннаязапись: а - усилия Р,б - смещения V, в - суммы импуль сов акустической эмиссии, г - сигналов акустической эмиссии
218
Аппаратура акустической эмиссии включала ряд нестандартных электронных блоков, а также самописец, счетчик импульсов (часто томер) и осциллограф. Сигналы акустической эмиссии воспринима лись измерительным преобразователем и усиливались широкополос ным усилителем (К = 60 дБ) в полосе частот, соответствующих ос новной резонансной частоте измерительного преобразователя.
Поступая на блок обработки, сигнал через усилитель видеоим пульсов выдавался на блок измерения уровня сигналов акустической эмиссии и на три идентичных канала измерительной активности. Блок измерения уровня сигнала представлял собой детектор, выход ное напряжение которого пропорционально среднеквадратическому значению входящих сигналов за время 0,1 с. Блок измерения актив ности состоял из последовательно соединенных компоратора с регу лируемым порогом срабатывания и формирования нормальных им пульсов, усредняющего усилителя и устройства ограничения. Он обеспечивал преобразование входной последовательности сигнала с меняющимся напряжением, уровень которого пропорционален ак тивности сигнала акустической эмиссии.
Переключение диапазона измерения производилось катушкой десятичных делений, уменьшающей частоту сигналов, поступающих на усредненный усилитель. Нормализованные импульсы выводились на внешний счетчик. Генератор выдавал импульсную последователь ность для настройки и калибровки аппаратуры. Регистрация велась в диапазоне частот 200 - 400 кГц. Для выявления отсутствия посторон них механических шумов производились контрольные нагружения клиновидных образцов без трещины-надреза с двукратным превы шением усилий, при которых происходит страгивание трещины.
Экспериментальным путем было установлено, что минимальная амплитуда импульса акустической эмиссии, связанного с началом микроразрушения исследуемых композитов, составляет 50 мкВ. Им пульсы с амплитудой 10 мкВ относятся к флуктуационным шумам. Сигналы акустической эмиссии с амплитудой менее 100 мкВ отра жают кинетику накопления субмикротрещин в окрестности вершины трещины-надреза и подготовку последней к старту.
За страгивание фронта трещины-надреза принимался момент по явления характерного "скачка" на диаграмме "усилие - смещение". При отсутствии характерного указанного "скачка" за страгивание принимался момент появления сигнала акустической эмиссии, пре вышающего уровень 150 мкВ. Подтверждение соответствия этого сигнала началу страгивания трещины-надреза осуществлялось на контрольных образцах путем одновременной регистрации момента страгивания четырьмя методами: оптическим, рентгеноскопическим, записи диаграмм "усилие - смещение" (рис. 4) и записи дифференци альной и интегральной диаграмм сигналов акустической эмиссии.
Полагая, что процесс микроразрушения композита представляет собой процесс зарождения микротрещин, обозначим коэффициент
219
Рис. 4. Типичныекривые "усилиесмещение" для хаотически армированных стеклопластиков:
а- полиэфирная смола ПН-15, б - ПН-15 + ЛЛВ-СП, ПН-15 + МПС, ПН-15 +лавсан, в - ПН-15 + МБ,
ППМ-15 + МБ, ППМ-15 + СХ, ПСК-15-СХ
интенсивности напряжений, соответствующий этому процессу, - Ко. При установлении на диаграмме "усилие - смещение" моментов
возникновения первых сигналов акустической эмиссии и страгивания трещины-надреза определяются величины К0 и KQпо соотношениям
о |
P Q E V Q |
(4.6) |
|
*о = V 2Ы KQ = |
2Ы |
где P Q и P Q - нагрузка соответственно в момент первого сигнала аку
стической эмиссии и страгивания трещины; V0 и VQ - раскрытие бе регов трещины соответственно в момент первого сигнала акустиче ской эмиссии и страгивания трещины; b - толщина образца в окре стности вершины трещины-надреза, а / - исходная длина трещинынадреза.
Функциональная схема, поясняющая методику эксперимента и
аппаратурное оформление, представлена на рис. 5.
Рис. 5. Схема аппаратурного оформления методики:
/ - образец; 2 - датчиксмещения; 3 - датчикусилий Р-01; 4 - усилитель 8АНЧ-7М; 5 - двухкоординатный самописец ПДС-021М; 6 - самописец Н338-4П; 7- датчикакустическойэмиссии; 8 - регистраторсигналовакусти
ческой эмиссии
220