ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Анализ состава и структуры материалов неразрушающими методами из "Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов " Качество и надежность современных конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) зависит главным образом от типа, состояния структуры армирующих элементов, их концентрации и взаимодействия с матрицей — связующим. [c.112] Проявлением структуры любого тина ПКМ является его анизотропия. Тогда основной количественной оценкой анизотропии материала является значение степени анизотропии скорости распространения упругих волн (САС), которая определяется как отношение скорости в направлении экстремальных значений, т. е. вдоль главных структурных направлений ПКМ. [c.113] Рассматривая основные типы структур ортотропных ПКМ, нетрудно убедиться, что все они являются комбинацией укладки однонаправленного слоя. Поэтому изучение ОС представляет значительный интерес для количественной оценки параметров структуры других типов ПКМ. Рассмотрим основные предпосылки распространения упругих волн в подобной среде. Следует допустить, что данная среда в отношении низкочастотных ультразвуковых упругих колебаний (20—200 кГц) является однородной, так как длина волны ультразвуковых колебаний (УЗК) значительно больше размеров поперечного сечения волокна. Согласно принципу Гюйгенса, каждую точку заданного фронта волны, распространяющейся в ортотропной среде в момент времени можно представить в виде элементарного источника колебаний. Положение фронта волны в момент tg dt может быть представлено огибающей с радиусами волновых фронтов от элементарных источников (точек среды), равными и, dt. [c.113] ОС и ППС проявляются при условии равного содержания компонентов и отсутствия дефектов структуры в этих материалах. [c.116] Таким образом, при исследовании ПКМ основным параметром является степень анизотропии скорости ОС, которая при контроле ППС, как правило, неизвестна. [c.116] Таким образом, соотношение волокон в продольном и поперечном направлениях с произвольной ППС может быть определено по формуле (3.44). [c.117] Максимальные значения будут наблюдаться при ф = = (/ — 1) я//л, а. минимальные — при ф = (i — 1/2)я//п. Из формулы (3.47) получим зависимость для степени анизотропии скорости для ВС йв Ув mln/i B max = (1 — ) V(1 + kf. [c.117] Таким образом, измеряя экспериментально непосредственно в изделии из ПКМ значения скоростей продольных волн, можно определить наиболее важные параметры структуры (соотношение волокон, ориентацию наполнителя, дефекты структуры) без разрушения изделий. [c.117] На плитах размером 500x500 мм проводились измерения скорости ультразвука в трех структурных направлениях. [c.118] Результаты исследований и расчеты по полученным аналитическим выражениям приведены в табл. 3.4. Из таблицы видно, что экспериментальные и теоретические результаты исследований хорошо согласуются. Исключение составляют результаты, полученные для стеклопластиков однонаправленной структуры, которые отличались по своим технологическим параметрам (содержание связующего, плотность) от других стеклопластиков. [c.118] Следует отметить некоторое отличие экспериментальных значений соотношений волокон от паспортных, что свидетельствует об ошибках, допущенных при укладке стеклопакетов. Таким образом, полученные экспериментальные результаты подтверждают правильность разработанных теоретических предпосылок. [c.118] Кроме оценки структуры и ориентации наполнителя, не менее важным является контроль его содержания непосредственно в изделиях без их разрушения. Существующие методы оценки стекло-содержания, основанные на выжигании стеклонаполнителя, весьма трудоемки и неэффективны и не позволяют производить контроль в изделии. [c.118] Основанием для экспериментального определения стеклосо-держания импульсным акустическим методом является существенное различие скорости упругих волн в смоле и стекле. В стеклопластиках скорость принимает промежуточное значение и зависит от типа смолы, стекла, структуры стеклопластика и направления испытания. [c.118] Для стеклопластиков (стекловолокнитов) на основе хаотического рубленого стекловолокна наиболее целесообразным является определение стеклосодержания с помощью эмпирических корреляционных уравнений. Эти уравнения устанавливают путем статистической обработки экспериментальных результатов ультразвуковых испытаний и результатов выжигания стеклонаполнителя на образцах стеклопластика с различным стеклосодержанием, но с одинаковыми структурой и типом связующего. Ультразвуковые испытания и выжигание производят на одном и том же образце. [c.118] Кроме того, на рис. 3.5 приведен график зависимости скорости продольных волн от стеклосодержания для светопроницаемого полиэфирного стеклопластика. Здесь прямая линия получена из третьего линейного корреляционного уравнения (табл. 3.5), точки — экспериментальные значения. [c.120] Из табл. 3.5 видно, что второе и третье уравнения дают почти одинаковые значения стеклосодержания, так как эти стеклопластики по типу структуры и связующего мало отличаются. [c.120] Следует отметить, что точность определения стеклосодержания поданным корреляционным уравнениям в значительной степени будет зависеть от таких побочных факторов, как температура стеклопластика, завершенность процесса твердения, содержания других компонентов (красителя, мелкодисперсного наполнителя —мел, сажа, каолин), пористости, направленности стекловолокна и др. [c.120] В процессе изготовления стеклопластика укладка рубленого стеклонаполнителя может производиться с ориентацией его в определенном направлении. Для уменьшения влияния ориентации стеклонаполнителя на точность определения стеклосодержания, необходимо производить измерения не менее чем в трех направлениях, отличающихся друг от друга на 45 . [c.120] Вернуться к основной статье