Рис. 18. Зависимости Ко, KQHCTP стеклопластиков от их монолитности: 1 - ЭДТ-10 + ЛВВ-СП, 2 - ПН-15 + ЛВВ-СП, 3 - ПН-16 + ЛВВ-СП, 4 - ПН-10 +ЛВВ-СП
Таким образом, сформулированные выше условия монолитно сти могут быть использованы для создания высокопрочных и трещи ностойких хаотически армированных дискретными волокнами ком позиционных материалов.
ГЛАВА 5. Влияние длительного воздействия эксплуатационных факторов на трещиностойкость композиционных материалов
С использованием приведенной выше методики (см. гл. 2) про вели оценку воздействия эксплуатационных факторов на вязкость разрушения композитов. Оценка степени одновременного воздейст вия агрессивных сред и температур на вязкость разрушения компо зиционных материалов проводилась на образцах композитов, пред варительно экспонированных в дистиллированной воде, 5%-м рас творе НС1 и 10%-м растворе NaOH при 293, 323 и 353 К. Изучение влияния напряженного состояния на трещиностойкость композитов осуществляли на образцах, экспонировавшихся в дистиллированной воде в напряженном состоянии. Образцы испытывали после 3, 6, 9 и 12 месяцев воздействия на них эксплуатационных факторов.
Статистическая оценка полученных данных (табл. 9 и 10, рис. 19 - 32), проведенная согласно данным работы [120], показывает, что характер зависимости между трещиностойкостью и эксплуатаци-
246
онными факторами удовлетворительно описывается экспонентой:
К , |
- К е~В'Х' |
(4.54) |
QXt |
~ ^QXOe |
|
где KQX, - текущее значение KQ при воздействии эксплуатационных факторов (среда, температура, нагрузка); KQX0 - начальное значение KQкомпозита; X - эксплуатационные факторы; t - время экспозиции материала при воздействии эксплуатационных факторов; Вх - ско рость изменения KQпри определенном X.
Из уравнения (4.54) следует, что в координатах ln/i^ - X зависи мость вязкости разрушения композиционных материалов от воздей ствия эксплуатационных факторов графически изображается прямой:
KQx,=Kexo -В,XI, |
|
(4.55) |
||||
- п ы |
/=1 |
п ы |
м |
|
(4.56) |
|
KQXо------------------------ ;-------^2------------ |
|
|||||
п |
| |
п |
\ |
|
|
|
/=1 |
v<=| |
; |
|
|
||
( |
я |
/=| |
п |
/=1 |
> |
(4.57) |
|
|
|
|
|||
|
2 > , |
- |
I |
|
|
|
V/=| |
; |
|
|
|
|
|
где п - число измерений.
Оценка стойкости композиционных материалов к одновремен ному длительному воздействию агрессивных сред и повышенных температур, проведенная по коэффициентам KQ, показывает, что в интервале 293-353 К наибольшей стойкостью к дистиллированной воде обладают композиты ПН-15+ЛВВ-СП, ПН-15+МБ и ПН-15+ лавсан.
В условиях воздействия 5%-го раствора НС1 при температуре среды 293 К наименьшие скорости падения коэффициента KQ и его максимальные значения наблюдались у двух композитов: ПН-15+лавсан и ПН-15+ЛВВ-СП; первый из них наиболее предпоч тителен для использования при повышенных температурах.
Практически одинаковая стойкость к воздействию 10%-го рас твора NaOH отмечается у трех композиционных материалов: ПН-15+ лавсан, ПН-15+ЛВВ-СП и ПН-15+УТМ-8.
Однако с повышением температуры среды начинает проявляться хотя и незначительное, но преимущество композитов ПН-15+ лавсан и ПН-15+ЛВВ-СП.
247
Таблица 9
Результаты исследования трещиностойкости композиционных материалов после экспозиции в агрессивных средах при повышенных температурах
KQ.\о> |
|
Сре- |
KQX, после экспозиции, Н/мм3/2, |
1пКддо, |
ВхХ„ |
||||
т.; к |
при времени экспозиции (мес) |
Н/мм,/2, |
|||||||
Н/мм"2 |
да* |
мес1 |
|||||||
|
3 |
1 6 |
9 |
12 |
теор. |
||||
|
|
|
|
||||||
28,0 |
293 |
А |
26,4 |
ПН-15 + лавсан |
21,2 |
3,33 |
- 0,0226 |
||
24,3 |
23,0 |
||||||||
28,0 |
293 |
Б |
22,2 |
19,7 |
18,5 |
19,0 |
3,26 |
-0,0351 |
|
28,0 |
293 |
В |
17,4 |
15,4 |
13,8 |
12,5 |
3.18 |
-0.0613 |
|
28,0 |
323 |
А |
23,0 |
19,0 |
17,8 |
15,8 |
3,27 |
- 0,0450 |
|
28,0 |
323 |
Б |
21,0 |
19,0 |
18,3 |
18,0 |
3,24 |
- 0,0353 |
|
28,0 |
323 |
В |
16,3 |
14,1 |
11,0 |
9.6 |
3,19 |
- 0,0843 |
|
28,0 |
353 |
А |
20,5 |
18,0 |
16,0 |
14,3 |
3,25 |
- 0,0530 |
|
28,0 |
353 |
Б |
21,5 |
18,4 |
16,0 |
14,3 |
3,24 |
-0,0415 |
|
28,0 |
353 |
В |
14,8 |
12,6 |
10,0 |
8,3 |
3.14 |
- 0,0921 |
|
32,3 |
293 |
А |
30,0 |
ПН-15+ ЛВВ-СП |
23,4 |
3,48 |
- 0,0273 |
||
28,1 |
25,0 |
||||||||
32,3 |
293 |
Б |
27,7 |
22,3 |
19,8 |
18,0 |
3,46 |
- 0,0502 |
|
32,3 |
293 |
В |
23,0 |
19,0 |
16,2 |
13.3 |
3.41 |
- 0.0708 |
|
32,3 |
323 |
А |
27,9 |
25,0 |
22,2 |
19,0 |
3.47 |
- 0,0430 |
|
32,3 |
323 |
Б |
22,0 |
16,8 |
13,0 |
12,2 |
3,38 |
- 0,0824 |
|
32,3 |
323 |
В |
17,2 |
15,0 |
12.8 |
9,8 |
3.31 |
- 0,0894 |
|
32,3 |
353 |
А |
23,6 |
21,9 |
19,3 |
17,8 |
3,39 |
- 0,0460 |
|
32,3 |
353 |
Б |
20,0 |
14,0 |
11,6 |
11,4 |
3,32 |
- 0,0875 |
|
32,3 |
353 |
В |
14,5 |
13,5 |
10,5 |
8.4 |
3.25 |
-0,0100 |
|
67,5 |
293 |
А |
60,0 |
ПН-15 + МБ |
48,1 |
4,20 |
- 0,0277 |
||
57,0 |
51,4 |
||||||||
67,5 |
293 |
Б |
42,8 |
24,9 |
16,5 |
14,4 |
4,14 |
-0,1321 |
|
67,5 |
293 |
В |
26,3 |
21,5 |
20,4 |
18,5 |
3.86 |
- 0,0947 |
|
67,5 |
323 |
А |
58,0 |
52,0 |
46,7 |
42,5 |
4,19 |
- 0,0380 |
|
67,5 |
323 |
Б |
34,9 |
23,2 |
16,3 |
13,6 |
4,05 |
-0,1340 |
|
67,5 |
323 |
В |
20,7 |
18,3 |
16,1 |
14.5 |
3.79 |
-0,1100 |
|
67,5 |
353 |
А |
50,0 |
45,3 |
40,6 |
37,2 |
4,13 |
- 0,0463 |
|
67,5 |
353 |
Б |
32,4 |
20,2 |
15,5 |
12,5 |
4,01 |
-0,1370 |
|
67,5 |
353 |
В |
18,3 |
16,0 |
13.0 |
Ю,7 |
3.77 |
-0,1342 |
|
110,2 |
|
|
|
ПН-15+ УТМ-8 |
|
|
|
||
293 |
А |
95,0 |
92,4 |
85,0 |
83,0 |
4,66 |
- 0,0230 |
||
110,2 |
293 |
Б |
77,5 |
47,8 |
42,6 |
35,6 |
4,62 |
- 0,0920 |
|
110,2 |
293 |
В |
88,0 |
58,5 |
53,2 |
47,4 |
4.65 |
- 0,0730 |
|
110,2 |
323 |
А |
85,6 |
78,0 |
72,8 |
62,0 |
4,64 |
- 0,0430 |
|
110,2 |
323 |
Б |
59,7 |
45,0 |
39,2 |
34,2 |
4,51 |
- 0,0942 |
|
110,2 |
323 |
В |
59,9 |
37,5 |
з и |
27,4 |
4.48 |
- 0,0991 |
|
110,2 |
353 |
А |
73,2 |
60,0 |
53,0 |
48,3 |
4,58 |
- 0,0653 |
|
110,2 |
353 |
Б |
54,9 |
42,6 |
36,0 |
33,1 |
4,47 |
- 0,0962 |
|
110,2 |
353 |
В |
54,0 |
37,5 |
31.1 |
27,4 |
4,48 |
-0,1110 |
|
127,3 |
|
|
|
ППМ-15-СХ |
|
|
|
||
293 |
А |
102,3 |
87,5 |
80,0 |
77,0 |
4,79 |
- 0,0423 |
||
127,3 |
293 |
Б |
71,8 |
36,2 |
30,8 |
26,1 |
4,68 |
-0,1335 |
|
127,3 |
293 |
В |
64,6 |
23,0 |
18,7 |
14,6 |
4,67 |
-0.1857 |
|
127,3 |
323 |
А |
95,0 |
80,0 |
70,0 |
63,3 |
4,76 |
- 0,0527 |
|
127,3 |
323 |
Б |
65,0 |
27,0 |
23,5 |
21,2 |
4,63 |
-0,1534 |
|
127,3 |
323 |
В |
43,6 |
17,1 |
13,6 |
11,8 |
4,49 |
-0,1967 |
|
127,3 |
353 |
А |
82,4 |
69,0 |
60,7 |
54,0 |
4,72 |
- 0,0677 |
|
127,3 |
353 |
Б |
59,0 |
25,5 |
22,0 |
20,1 |
4,59 |
-0,1559 |
|
127,3 |
353 |
В |
31,9 |
о,о |
0.0 |
0.0 |
4,84 |
- 0.6722 |
|
* А - вода, Б - 5%-я НС1, В - 10%-й NaOH.
248
Таблица 10
Результаты исследования трещиностойкости композиционных материалов
после 12 месяцев экспозиции вдистиллированной воде при повышенных температурах
в напряженном и ненапряженном состояниях
^ело. |
lnKQX0 |
Н/ммзя |
эксп. |
28,0 |
3,33 |
28,0 |
3,33 |
28,0 |
3,33 |
28,0 |
3,33 |
28,0 |
3,33 |
28.03,33
28,0 |
5,33 |
28,0 |
3,33 |
28.03,33
32,3 |
3,47 |
32,3 |
3,47 |
32,3 |
3,47 |
32,3 |
3,47 |
32,3 |
3,47 |
32,3 |
3,47 |
32,3 |
3,47 |
32,3 |
3,47 |
32.33.47
67,5 |
4.21 |
67,5 |
4,21 |
67,5 |
4,21 |
67,5 |
4,21 |
67,5 |
4,21 |
67,5 |
4.21 |
67,5 |
4,21 |
67,5 |
4,21 |
67,5 |
4.21 |
110,2 |
4,70 |
110,2 |
4,70 |
110,2 |
4,70 |
110,2 |
4,70 ~~ |
110,2 |
4,70 |
110,2 |
4,70 |
110,2 |
4^70 |
110,2 |
4,70 |
110,2 |
4,70 |
127,3 |
4,85 |
127,3 |
4,85 |
127,3 |
4,85 |
127,3 |
4Д5 |
127,3 |
4,85 |
127,3 |
4,85 |
127,3 |
4.85 |
127,3 |
4,85 |
127,3 |
4,85 |
Т, К |
Нагрузка, |
KQXI |
1n^Q.Yt |
\TIKQXO |
а д . |
|
Г* |
Н/мм« |
|
теор. |
мес-1 |
|
ПН-15 |
лавсан |
|
|
|
293 |
0,00 |
21,2 |
3,05 |
3,33 |
- 0,0226 |
293 |
0,15 |
17,5 |
2,82 |
3,27 |
- 6j0373 |
293 |
0.30 |
13.0 |
2,50 |
3,21 |
- 0,0587 |
323 |
0,00 |
15,8 |
2,73 |
3,27 |
- 0,0450 |
323 |
0,15 |
12,1 |
2,47 |
3,23 |
- О’ОбЗО |
323 |
0,30 |
9,2 |
2,13 |
3.18 |
- 0Л867 |
353 |
0,00 |
14,3 |
2,61 |
3,25 |
- 0,0530 |
353 |
0,15 |
11,4 |
2,32 |
3,16 |
- 0,0697 |
353 |
0.30 |
8.2 |
2,00 |
3.17 |
- 0Л973 |
293 |
ПН-15 + л вв-сп |
|
|
|
|
0,00 |
23,4 |
3,15 |
3,48 |
- 0,0273 |
|
293 |
0,15 |
22,0 |
3,09 |
3,45 |
- олзоо |
293 |
0,30 |
20.0 |
2,97 |
3.44 |
- 0,0393 |
323 |
0,00 |
19,0 |
2,94 |
3,47 |
- 0,0430 |
323 |
0,15 |
17,8 |
2,88 |
3,46 |
- 0,0483 |
323 |
0.30 |
14.2 |
2,61 |
3.43 |
- 0Л683 |
353 |
0,00 |
17,8 |
2,83 |
3,46 |
- 0,0483 |
353 |
0,15 |
12,5 |
2,50 |
3,44 |
- 0^0743 |
353 |
0,30 |
10,8 |
2,40 |
3,45 |
- 0Л803 |
293 |
ПН-15 + МБ |
|
|
|
|
0,00 |
48.1 |
3,87 |
4,20 |
- 0,027-7 |
|
293 |
0,15 |
38,4 |
3,62 |
4,19 |
- 0^0473 |
293 |
0.30 |
32,0 |
3,41 |
4,17 |
- 0Л633 |
323 |
0,00 |
42,5 |
3,73 |
4,19 |
- 0,0380 |
323 |
0,15 |
36,8 |
3,54 |
4,13 |
- 0Л490 |
323 |
0.30 |
27,3 |
3,23 |
4.09 |
- 0!0720 |
353 |
0,00 |
37,2 |
3,57 |
4,13 |
- 0,0463 |
353 |
0,15 |
24,4 |
3,10 |
4,11 |
- 0^0837 |
353 |
0.30 |
19,3 |
2,58 |
4.02 |
- 0Л973 |
|
ПН-15 УТМ-8 |
|
|
|
|
293 |
0,00 |
82,3 |
4,38 |
4,66 |
-0,0231 |
293 |
0,15 |
70,6 |
4,21 |
4,64 |
- О’ОЗбО |
293 |
0.30 |
58,0 |
4,03 |
4.57 |
- 0Л453 |
323 |
0,00 |
62,0 |
4,12 |
4,54 |
- 0,0430 |
323 |
0,15 |
56,0 |
3,94 |
4,58 |
- 0,0533 |
323 |
0,30 |
44,0 |
3,68 |
4,54 |
-0.0713 |
353 |
0,00 |
48,3 |
3,80 |
4,59 |
- 0,0653 |
353 |
0,15 |
38,2 |
3,57 |
4,58 |
- 0^0843 |
353 |
0.30 |
29,6 |
3,21 |
4.53 |
-0JI07 |
|
ппм - 15-СХ |
4,28 |
|
|
|
293 |
0,00 |
77,0 |
4,79 |
- 0,0423 |
|
293 |
0,15 |
62,0 |
4,11 |
4,76 |
- 0,0540 |
293 |
0,30 |
52,0 |
3,90 |
4,76 |
-0Л717 |
323 |
0,00 |
67,3 |
4,13 |
4,76 |
- 0,0527 |
323 |
0,15 |
47,1 |
3,79 |
4.75 |
- 0,0800 |
323 |
0.30 |
29,0 |
3,28 |
4,66 |
-0,1153 |
353 |
0,00 |
54,0 |
3,91 |
4.72 |
- 0,0677 |
353 |
0,15 |
34,0 |
3,48 |
4,77 |
-0,1077 |
353 |
0,30 |
16.0 |
2,82 |
4,85 |
-0,1693 |
249