Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 53

18 ноября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 53

Существенным аспектом теста на фрагментацию стекловолокна является то, что он позволяет определить эффективность применения материала. Сам тест проводится следующим образом: волокно аккуратно выравнивается по центру формы, а затем форма заполняется смолой. После этого волокно вытягивается под действием усиливающейся нагрузки, и по мере удлинения волокна постепенно разрываются на всё более и более короткие отрезки до тех пор, пока не будет достигнут уровень насыщения, и волокно больше не перестанет рваться. В конце теста измеряется длина фрагментов. Как обсуждалось ранее, прочность волокна зависит от калибровочной длины. Для определения прочности волокна на излом часто используется модель Вейбулла – Пуассона. Деформация разрушения матрицы должна быть больше (более чем в три раза), чем деформация разрушения волокна, чтобы способствовать мультифрагментации волокна.

Однако полностью эластичная модель полимерной матрицы чрезмерно упрощена. Недавний прогресс в области акустической эмиссии для мониторинга процесса разрушения расширил композитную систему за пределы прозрачных матриц. Наиболее привлекательным преимуществом этого метода испытаний является то, что он воспроизводит реакции в композите прямо в процессе испытаний. Испытание на микроиндентирование проводится на отдельном выбранном волокне, ориентированном перпендикулярно полированному поперечному сечению композита с высокой объемной долей волокна. Вместо того, чтобы растягивать волокна в поле растяжения, к волокну через индентор прилагается ступенчатая сжимающая нагрузка. Реакция нагрузки / смещения записывается до тех пор, пока не произойдет расслоение. Также регистрируются диаметр волокна и расстояние до ближайшего соседнего волокна. Используется упрощенная осесимметричная модель конечных элементов, которая не зависит от прочности волокна на разрыв. Разрывная сила определяется составляющей межфазного напряжения сдвига, которая достигает максимального значения на расстоянии примерно половины диаметра волокна ниже контактной поверхности. Стеклянные и углеродные волокна являются подходящими волокнами для этого метода испытаний, хотя расщепление волокна по-прежнему наблюдается достаточно часто.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 53

Углеродные волокна в отвержденной эпоксидной смоле являются утвержденной композитной системой для программы циклических испытаний по методу межфазных испытаний. Сравнение различных методов испытаний показывает, что в каждой лаборатории воспроизводимость оказывается достаточно хорошая, с коэффициентом вариативности (CV) менее 10%. Однако CV среди лабораторий может достигать 25%. Метод вдавливания имеет наименьший процент CV, поскольку несколько лабораторий использовали одно и то же коммерческое оборудование. Волокна такого размера показывают IFSS на 20 МПа выше, чем необработанные волокна при методах вытягивания, микробондинга и фрагментации. Метод испытания микробондинга нечувствителен к обработке поверхности волокна. Специалисты изучили множество факторов, влияющих на результаты испытаний по вытяжке одиночного волокна. Межфазное напряжение сдвига в композитной системе стекло-полипропилен концентрируется на выходящем конце волокна из-за меньшего отношения модуля волокна к модулю матрицы, от 60 до 1,4 ГПа, соответственно. Однако это верно только тогда, когда радиус блока матрицы полипропилена в 20 раз больше, чем у стекловолокна. При очень малых количествах полипропилена межфазное напряжение сдвига на первом конце волокна на самом деле больше, чем на выходящем конце. Эти два значения равны, если радиус блока матрицы полипропилена в восемь раз больше, чем у стекловолокна.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 53

Вытягивающая сила линейно увеличивается с увеличением длины волокна и напряжением межфазного трения. Эффект пуассоновской усадки волокна становится значительным только тогда, когда диаметр волокна большой, а длина волокна превышает 5 мм. Разрушение образца из-за разрушения волокна и текучести матрицы происходит чаще при испытании с фиксацией, чем при испытании на извлечение. Кристаллизация изотактического полипропилена и особенно транскристалличность в межфазной области стекловолокна также исследовались многими специалистами. Присутствие стеклянных волокон в полипропиленовом композите уменьшает время кристаллизации по сравнению с самой чистой смолой из-за роли волокон в зародышеобразователе. Однако скорость роста кристаллитов в объеме такая же, как и в полимере, прилегающем к волокнам. Транскристаллизация возникает только тогда, когда к стекловолокну прикладывается напряжение сдвига ниже температуры плавления полипропилена и при очень высокой скорости охлаждения (выше +100 °C / мин). Более низкая молекулярная масса или более высокая текучесть расплава полипропилена увеличивает уровень напряжения, необходимый для индуцированной напряжением транскристаллизации. Это также подтверждается фактическими измерениями прочности на сдвиг на границе раздела стекло-полипропилен при испытании модифицированного одиночного волокна на резкое растягивание. Объяснение заключается в том, что аморфная фаза полипропилена отличается лучшей адгезией.

В исследовании влияния температуры испытания на прочность на межфазный сдвиг методом вытягивания одного волокна было установлено, что влияние волокнистых включений в армированных пластиках (IFSS) уменьшается с увеличением температуры испытаний от -30 до + 70 °C. Больший диаметр стекловолокна от 10 до 17 мкм немного увеличивает IFSS при -30 и +25 °C. При +70 °C IFSS на самом деле слабее со стекловолокном 17 мкм, чем со стекловолокном 10 мкм. Большинство работ по испытаниям на фрагментацию одного волокна выполняется на матрице из термореактивной смолы с углеродным волокном. В программе циклического перебора количество фрагментов варьировалось от 87 до 528. Средняя длина фрагмента составляет более 800 мкм для необработанного волокна и около 400 мкм для волокна с заданным размером. Как и ожидалось, хорошее соединение снижает критическую длину волокна. Учитывая идеальное соединение на границе раздела волокно-матрица, критическое соотношение сторон волокна, критическая длина волокна по диаметру волокна (Lc / d), связано с квадратным корнем из отношения волокна к модулю матрицы. Межфазная прочность на сдвиг увеличивается линейно с модулем сдвига матрицы. Распределение длины волокна можно измерить с помощью акустической эмиссии (AE), чтобы преодолеть ограничения оптических процедур. Некоторые специалисты достигли отличного согласия между AE и оптическим методом для стекловолокон E- и S-2 и графитовых волокон AS-4 в эпоксидной смоле.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 53

Для теста на микроиндентирование удобно выбирать волокна длиной от 5 до 10 мм. Для системы углеродное волокно / эпоксидная смола, когда объемная доля волокна увеличивается с 10 до 50 об.%, расстояние смещения уменьшается с 44 до 36 мкм, но предел прочности на межфазный сдвиг увеличивается с 33 до 46 МПа. Когда отношение модуля межфазной упругости к матрице увеличивается с 1,0 до 7,5, межфазное напряжение сдвига увеличивается только на 10%. Точно так же толщина межфазной границы и диаметр волокна имеют незначительное влияние на межфазное напряжение сдвига. Три типа термопластичных полимеров (полиэстер, полиамид и полипропилен) были испытаны на прочность на сдвиг на границе раздела со стекловолокном Desaeger и Verpoest. IFSS термопласта из полиэфирного стекловолокна при 59 МПа оказалось прочнее, чем у полиамида. Для полиамидного полимера более высокое значение IFSS достигается за счет исключительно гладкого поперечного сечения, а также благодаря хорошей адгезии за счет покрытия волокна. Межфазная адгезия между полипропиленом и стеклом настолько слабая, что расслоение происходит уже во время подготовки образца. Для демонстрации отделения полипропилена от стекловолокна был получен ряд изображений, которые удалось получить с помощью аналитических методов SEM. Другие методы испытаний на адгезию на границе раздела включают сдвиг и динамический механический анализ.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 53

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад