Материал: Основы создания полимерных композитов

£т =1+ ^R{t,ai,pi,Ai)d t.

о

По этим таблицам в логарифмической координатной сетке по­ строено семейство кривых ет, среди которых всегда найдется кривая, подобная экспериментальной кривой ё0, изображенной в той же сетке координат.

Следовательно, константы материала а, Д А и Е достаточно просто находятся методом совмещения кривых М.А. Колтунова, а для их построения требуется использование лишь кривых ползучести.

Что касается самого эксперимента на ползучесть, то необходимо отметить следующее [44]. Как правило, данные для построения диа­ грамм ползучести получают при нагружении образцов с постоянной скоростью до достижения некоторого напряженного состояния, вы­ держке в течение определенного времени, а затем разгрузке с постоян­ ной скоростью.

Известно, что во многих случаях деформации ползучести компо­ зиционных материалов весьма незначительны, и при малых напряже­ ниях их абсолютная величина не превышает сотых долей процента. В таких случаях повышение точности измерений достигается, с одной стороны, увеличением базы измерений, а с другой - применением ре­ гистрирующих приборов с высоким разрешением (десятые или сотые доли микрона). С этой целью создаются экспериментальные ком­ плексы, включающие в себя сложную измерительную и усилительно­ преобразовательную аппаратуру, устойчивая работа которой зависит от многих факторов.

В настоящей работе деформации регистрировались по достиже­ ния ими уровня, равного разрешающей способности регистрирующей аппаратуры, с определением времени достижения заданной величины деформаций.

Эксперименты проводились на установке, собранной на базе разрывной машины МР-05 со стандартными образцами в виде лопа­ ток с размерами 155 х 10 х 3 мм и длиной рабочей части 500 мм. Схе­ ма установки приведена на рис. 13. Наличие шарнирных соединений в точках А, Б и шпилек, проходящих в отверстия, просверленные по осям симметрии образца, устраняло эксцентриситет и перенос об­ разца по оси его нагружения. Нагружение образца осуществлялось путем высыпания свинцовой дроби малого диаметра из сопла с ка­ либрованным отверстием с постоянной скоростью истечения. Линей­ ность закона нагружения контролировалась с помощью электриче­ ских сигналов, поступающих с тензорезисторов, наклеенных на об­ разцовый динамометр типа ДОСМ. Усиленные сигналы записыва­ лись быстродействующими самописцами И-325/3 на электронно­ цифровом регистраторе ЭЦР-1.

336

Методика определения коэффициента сплошности была под­ робно описана выше. Перейдем теперь к определению неупругих констант некоторых полимерных композитов, основываясь на рас­ смотренной выше методике. Следует отметить, что заложенное в ос­ нову определения длительной прочности наследственное соотноше­ ние Больцмана - Вольтерра описывает поведение материала только в линейной области свойств.

Рис. 13. Схема установкидля исследования ползучести: I - рычаг, 2- динамометр, 3 - реверсор, 4 - захваты, 5 - образец, 6 - станина, 7 - свинцоваядробь, 8 - противовес

Распространенный способ нахождения области линейности свойств основан на следующем определении А.А. Ильюшина: свой­ ства материала линейны, если линейной комбинации напряжений сг, + ксг2 соответствует линейная комбинация деформаций ех+ ке2. На практике область линейности механических свойств материала нахо­ дят по кривым ползучести, построенным в координатах s ( t ) - a k , т.е.

по кривым податливости. Уровни напряжений crkJ при которых кри­ вые податливости совпадают (укладываются в пучок с заданной точ­ ностью ~ 10%), определяют область линейности.

Вначале исследуем полимерный композит на основе ткани по­ лотняного переплетения и связующего УП-238 (замасливатель марки № 752), который находит широкое применение в конструкционных изделиях. Значения деформации ползучести этого материала при раз­ ных уровнях напряжений приведены в табл. 4.

Построив кривые податливости (рис. 14) этого материала, убеж­ даемся, что последние укладываются в узкий пучок с разбросом 6,8%. Следовательно, деформации композита в области напряжений О< а< 0,8<7, обладают линейными свойствами.

Параметры функции ползучести определялись по изложенной выше методике и составили: а = 0,05; /3 = 0,05; А = 0,0221.

337

Таблица 4

Относительныезначениядеформации ползучести(е, %) стеклопластика (аР= 70 кг/мм2) при разных уровнях напряжений

Рис. 14. Кривые податливости композита на основе ткани полотняного переплетения и связующего УП-238.

<тА.равно: У- 0,3сгР, 2 - 0,5oj>, 3 - 0,6сгР, 4 - 0,8сгР

Величину Е0 - мгновенный модуль упругости (при t = 0) экспе­ риментально найти трудно, поэтому она определялась аналитически

/

с помощью табулированной функции 1 + j/?(r)rfr из уравнения

о

I

\+$R(T)dT

Еп =

£(0/егк

Имея расчетные значения податливости и табличные значения

338

определяем, что Е = 3,05 • 103 кг/мм2.

Другой исследованный полимерный композит - стеклопластик, полученный из предварительно пропитанного ровинга методом су­ хой намотки (стекловолокно бесщелочного состава, связующее - эпоксиполиэфирное).

Кривые ползучести материала представлены на рис. 15.

Рис. 15. Кривые ползучести стеклопластика, полученного из предварительно пропитанного ровинга

Кривые податливости, изображенные на рис. 16, укладываются в узкий пучок и с точностью до 6,6% совпадают.

Рис. 16. Кривые податливости стеклопластика, полученного из предварительно пропитанного ровинга

£ (/)

Пх(1) = —— , сг, =0,7сгв, а 2 =0,5сгв, (т3 = 0 $ а в . °к

Совмещая экспериментальные кривые с теоретическими, полу­ чаем следующие экспериментальные значения механических характе­ ристик: Е = 2,21 105 кг/см2, а = 0,025,/? = 4,75 • 1О*5, А =0,071 102.

339

Упруго-вязкие характеристики композиционного материала на основе стеклянных микросфер определяли на основе данных табл. 5, где представлены значения податливостей материала при различных степенях наполнения.

Таблица 5

Экспериментальные значения податливости полимерных композитов на основе полых микросфер (смола ЭД-5)

Пх- 105 (мм2/кг) при относительном содержании наполнителя, %

На основании рассмотренного выше метода логарифмических сдвигов получили следующие значения вязко-упругих констант (табл. 6).

Таблица 6

Значения вязко-упругих параметров композита на основе полых микросфер

Что касается определения коэффициента сплошности М стекло­ пластиков, то, как уже отмечалось, задача сводится к определению кратковременных упруго-прочностных характеристик арматуры и связующего. Используя паспортные данные этих материалов и при­ веденную выше методику, в работе нашли значения М исследуемых материалов (табл. 7). В этой же таблице представлены данные для расчета длительной прочности исследуемых материалов по формуле (4.74) и приведены теоретические и экспериментальные значения прочности.

Удовлетворительная сходимость теоретических и эксперимен­ тальных данных свидетельствует о применимости рассмотренной выше теории.

340