Исследование возможности улучшения свойств углепластиков при сжатии и сдвиге путем прошивки углеродных преформ арамидными нитями

Рассмотрена технологическая возможность прошивки сухого пакета углеродных тканей перед пропиткой эпоксидным связующим. Для прошивки применены высокомодульные арамидные нити двух сортов — Армалон и Армос — линейной плотностью 7,9 и 60 текс соответственно. Исследованы схемы армирования слоев от однонаправленной до квазиизотропной. На полученных образцах углепластика толщиной до 5 мм определены прочность при сжатии для разных схем укладки, прочность при сдвиге и ударная вязкость. Проведено качественное сравнение модуля упругости прошитых и непрошитых образцов. Показано, что прошивка высокомодульными нитями возможна и не мешает движению связующего при инфузии. Прочность при сдвиге возросла на 30 %, но только при использовании нитей линейной плотностью 60 текс, т. е. даже нить, занимающая в структуре заметное место (около 0,1 мм после отверждения), не стала существенным дефектом. Ударная вязкость не изменилась, а для прочности и модуля упругости при сжатии отмечена тенденция к росту значений.

Литература

[1] Михайлин Ю.А. Волокнистые полимерные композиционные материалы в технике. Санкт-Петербург, ЦОП «Профессия», 2013. 752 с.

[2] Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы. Механика и технология. Москва, Техносфера, 2004. 408 с.

[3] Полилов А.Н., Татусь Н.А. Экспериментальное обоснование критериев прочности волокнистых композитов, проявляющих направленный характер разрушения. Вестник ПНИПУ. Механика, 2012, № 2, c. 140–163.

[4] Резник С.В. Актуальные проблемы проектирования, производства и испытания ракетно-космических композитных конструкций. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 3. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/638.html (дата обращения 15 ноября 2017).

[5] Скопинский В.Н. Спецглавы механики конструкций. Москва, МГИУ, 2003. 144 с.

[6] Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно-армированные композиционные материалы. Справочник. Москва, Машиностроение, 1987. 224 с.

[7] Смотрова С.А., Наумов С.М., Смотров А.В. Технологии изготовления силовых агрегатов авиационных конструкций. Москва, Техносфера, 2015. 216 c.

[8] Vasiliev V.V., Morozov E. Advanced Mechanics of Composite Materials and Structural Elements. Elsevier, 2013. 816 p.

[9] Ling Shan Liu, Tao Zhang, Peng Wang, Xavier Legrand, Damien Soulat. Influence of the tufting yarns on formability of tufted 3-Dimensional composite reinforcement. Composites. Part A, 2015, vol. 78, pp. 403–411.

[10] Ling Shan Liu, Peng Wang, Xavier Legrand, Damien Soulat Investigation of mechanical properties of tufted composites: Influence of tuft length through the thickness reinforcement. Composite Structures, 2017, vol. 172, pp. 221–228.

[11] Xiaoming Chen, Li Chen, Chunyan Zhang, Leilei Song, Diantang Zhang. Three-dimensional needle-punching for composites — A review. Composites. Part A, 2016, vol. 85, pp. 12–30.

[12] Mouritz A.P. Review of z-pinned composite laminates. Composites. Part A, 2007, vol. 38, pp. 2383–2397.

[13] Кавун Н.С., Давыдова И.Ф., Гребнева Т.В. Влияние прошивки стеклянного и углеродного армирующих волокон на остаточную прочность композиционного материала после удара. Композиты и наноструктуры, 2013, № 1, с. 20–23.

[14] Hong Hu, Mingxing Zhang, Raul Fangueiro and Mario de Araujo, Mechanical properties of composite materials made of 3d stitched woven-knitted preforms. Journal of Composite Materials, 2010, vol. 44, no. 14, pp. 1753–1767.

[15] Михеев П.В., Орлов М.А., Малышев А.Н., Шаталов Р.Л., Ветров Е.Ю. Использование арамидных волокон для увеличения прочности углепластика при сдвиге вдоль слоев. Известия Московского государственного технического университета МАМИ, 2015, т. 2 , № 1(23), с. 37–40.

[16] Шаталов Р.Л., Верхов Е.Ю., Михеев П.В., Орлов М.А. Влияние прошивки преформы арамидными нитями на сдвиговые характеристики конечного изделия из углепластика. Системные технологии, 2015, № 3(16), с. 37–43.

[17] Mikheev P.V., Dalinkevich A.A., Gusev S.A., Igonin T.N., Maksaeva L.B., Nenasheva T.A. Research of long-term properties of high-strength fiberglasses by means of the built-in FBG sensors. MATEC Web of Conferences, 2016, vol. 77, no. 05003, doi: 10.1051/matecconf/20167705003.

[18] Михеев П.В., Муранов А.Н., Гусев С.А. Экспериментальное определение модуля межслоевого сдвига слоистого углепластика. Конструкции из композиционных материалов, 2015, № 4(140), с. 46–50.

[19] Шах В. Справочное руководство по испытаниям пластмасс и анализу причин их разрушения. Санкт-Петербург, Научные основы и технологии, 2009. 732 с.

[20] Грелльман В., Зайдлер С. Испытания пластмасс. Санкт-Петербург, Профессия, 2010. 715 с.

[21] Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. Москва, Химия, 1981. 272 с.