Сорина Т.Г.

Научно-практическая конференция
«Принципы и механизмы формирования национально инновационной
системы Российской Федерации»
Заседание секции
«Композиционные материалы – компоненты, технологии, конструкции»
(7 октября 2011 г.)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНЫХ ПОСТАВЩИКОВ
НА СТОЙКОСТЬ ИНФУЗИОННЫХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ
К ВОЗДЕЙСТВИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ
Докладчики: Сорина Т.Г., Пенская Т.В., Кленин Ю.Г., Соколова А.В.
1
Характеристики
Тип стекла
Тип замасливателя
Поверхностная плотность
ткани (суммарная), г/м2
Поверхностная плотность по
слоям (0, +45/90/-45), г/м2
Тип прошивной нити
Тип прошивки
Содержание замасливателя, %
Стеклонаполнители
Производитель 1
Производитель 2
Е-стекло
Силановый, совместимый с
п/э, в/э и эпоксидными смолами
1213±3 %
1256±5 %
295/303/303/303
315/300/307/300
полиэфирная
полиэфирная
трико
трико
0,55-0,65
не нормируется
2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ ПРОВЕДЕНО
НА ТРЕХ ТИПАХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ
ВИНИЛЭФИРНОЙ
СМОЛЫ
ПОЛИЭФИРНОЙ
СМОЛЫ
ПОЛИЭФИРУРЕТАНОВОЙ
СМОЛЫ
АРМИРУЮЩИЕ НАПОЛНИТЕЛИ- КВАЗИИЗОТРОПНАЯ СТРУКТУРА С
ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТЬЮ 1200 Г/М2
(НА УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЗАМАСЛИВАТЕЛЯХ, СОВМЕСТИМЫХ
С ПОЛИЭФИРНЫМИ, ВИНИЛЭФИРНЫМИ И ЭПОКСИДНЫМИ СМОЛАМИ)
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 1
ПРОИЗВОДИТЕЛЬ 2
СТЕКЛОПЛАСТИКИ ИЗГОТОВЛЕНЫ МЕТОДОМ
ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИИ
3
СХЕМА ПРОЦЕССА ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИИ
4
ТРЕБОВАНИЯ К ОСНОВНЫМ КОНМПОНЕНТАМ ИНФУЗИОННОГО
ПРОЦЕССА
Общие
Специальные
Связующее
 хорошее смачивание

 низкая усадка

 уровень прочности и эксплуатационных
характеристик


низкая вязкость
ограничения
по
содержанию
порошковых наполнителей
жизнеспособность (регулируемая)
отсутствие
летучих
не
полимеризующихся компонентов
Армирующий наполнитель
 определенный
уровень
прочности
и  высокая проницаемость
эксплуатационных характеристик
 наличие связки между волокнами,
 совместимость с полимерной матрицей (за счет
исключающей их перемещение при
использования
химически
активных
прохождении фронта связующего

аппретирующих составов)
устойчивость
к
агрессивному
составляющих связующего
действию
Способы достижения высокой проницаемости наполнителя:
1. Минимизация крутки
на исходном волокне
3.Внедрение в структуру проводящего слоя
или
создание
специальных
каналов–
проводников связующего
2. Разреженность структуры
5
ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗГОТОВЛЕННЫХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ
Характеристики
Винилэфирный
ст/пл
Полиэфирный
ст/пл
Полиэфируретановый
ст/пл
Ст/напол. Стеклонаполнитель 2
2
Ст/напол.
1
Ст/напол.
2
Ст/напол.
1
Объемное
содержание
армирующего
наполнителя, %
52,2
53,4
51,1
52,6
51,8
Плотность, г/см3
1,92
1,93
1,90
1,92
1,90
Пористость, %
1,62
0,98
1,96
1,49
1,6
6
ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА
ПРОЧНОСТЬ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ
СМОЛ И СТЕКЛОНАПОЛНИТЕЛЕЙ
ОБРАЗЦЫ В ИСХОДНОМ СОСТОЯНИИ
ТЕМПЕРАТУРА
ПРОВЕДЕНИЯ
ИСПЫТАНИЙ: +20 ºС и +60 ºС
МЕХАНИЧЕСКИХ
ВЫДЕРЖКА ОБРАЗЦОВ В ДИСТИЛЛИРОВАНОЙ ВОДЕ
ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ +40 ºС В ТЕЧЕНИЕ 45 СУТОК
ОБРАЗЦЫ ПОСЛЕ ТЕРМО-ВЛАЖНОСТНОГО
ВОЗДЕЙСТВИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОНАСЫЩЕНИЯ ОБРАЗОВ
ТЕМПЕРАТУРА
ПРОВЕДЕНИЯ
ИСПЫТАНИЙ: +20 ºС и +60 ºС
МЕХАНИЧЕСКИХ
СРАВНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО ИССЛЕДОВАНИЮ
ИХ ИЗМЕНЯЕМОСТИ:
1. ПРИ СЖАТИИ (ГОСТ 4651-82)
2. ПРИ РАСТЯЖЕНИИ ОДНОБОЛТОВОГО ДВУХСРЕЗНОГО
СОЕДИНЕНИЯ (Методика «АпАТэК»)
7
Прочностные характеристики образцов стеклопластиков в
исходном состоянии, испытанных при нормальной
температуре (+20 ºС)
338
стеклонаполнитель 1
300
250
250.48
258.9
стеклонаполнитель 2
350
310
243
300
257
250
200
197.2
217.2
207
150
100
200
50
150
0
винилэфирный
ст/пл
100
полиэфирный
ст/пл
Рис. 2 Предел прочности при смятии, МПа
50
60
0
50
52.4
47.7
37.3
39.9
40
30
20
10
0
Рис. 1 Предел прочности при сжатии, МПа
винилэфирный
ст/пл
полиэфирный
ст/пл
Рис. 3 Предел прочности при скалывании, МПа
8
Прочностные характеристики образцов стеклопластиков в
исходном состоянии, испытанных при нормальной (+20 ºС) и
повышенной температуре (+60 ºС)
300
250
300
258.9 257.7
250.48
250
229.8
при 20 ºС
при 60 ºС
200
150
197.2 193.2
217.2 215.1
207
219
200
150
100
100
50
50
0
0
винилэфирный
ст/пл
полиэфирный
ст/пл
Рис. 4 Предел прочности при сжатии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 1, МПа
Рис. 5 Предел прочности при сжатии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 2, МПа
9
Прочностные характеристики образцов стеклопластиков в
исходном состоянии и после влагонасыщения, испытанных при
нормальной температуре (+20 ºС)
300
300
250
258.9
250.48
229.7
250
229.9
197.2
217.2
207
200
100
W= 0,45 %
150
W= 0,65 %
200
сухие образцы
после водонасыщения
150
100
50
64.5
W=1,41 %
82
W= 0,64 %
77
W= 0,6 %
50
0
0
винилэфирный
ст/пл
полиэфирный
ст/пл
Рис. 6 Предел прочности при сжатии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 1, МПа
Рис. 7 Предел прочности при сжатии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 2, МПа
10
Прочностные характеристики образцов стеклопластиков в
исходном состоянии и после влагонасыщения, испытанных при
нормальной температуре (+20 ºС)
338
310
350
300
281
350
280
300
243
257
250
250
сухие образцы
200
после водонасыщения 200
150
150
100
100
50
50
118
130
винилэфирный
ст/пл
полиэфирный ст/пл
0
0
винилэфирный
ст/пл
полиэфирный
ст/пл
Рис. 8 Предел прочности при смятии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 1, МПа
Рис. 9 Предел прочности при смятии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 2, МПа
11
Прочностные характеристики образцов стеклопластиков в
исходном состоянии и после влагонасыщения, испытанных при
нормальной температуре (+20 ºС)
60
50
60
52.4
47.7
43.7
50
43.4
40
сухие образцы
40
30
после водонасыщения 30
20
20
10
10
0
0
винилэфирный
ст/пл
полиэфирный ст/пл
Рис. 10 Предел прочности при скалывании
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 1, МПа
39.9
37.3
18.2
винилэфирный
ст/пл
20.2
полиэфирный
ст/пл
Рис. 11 Предел прочности при скалывании
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 2, МПа
12
Прочностные характеристики образцов стеклопластиков в
исходном состоянии и после влагонасыщения, испытанных при
повышенной температуре (+60 ºС)
300
258.9 254.4
250.48
300
250
250
183.5
сухие образцы
100
W= 0,45 %
150
W= 0,65 %
200
50
винилэфирный
ст/пл
полиэфирный
ст/пл
Рис. 12 Предел прочности при сжатии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 1, МПа
207
200
после водонасыщения
150
100
50
0
217.2
197.2
52.9
W= 1,41 %
74.5
W= 0,64 %
57
W= 0,6 %
0
Рис. 13 Предел прочности при сжатии
стеклопластиков на основе
стеклонаполнителя 2, МПа
13
Исследование микроструктуры
стеклопластиков на основе стеклонаполнителей 1 и 2 и винилэфирного
связующего
(электронный микроскоп марки Qunta 3D FEG)
Поверхность волокон покрыта связующим,
следы вымывания его отсутствуют
Рис. 14 Структура образца стеклопластика на
основе стеклонаполнителя 1 и винилэфирной
смолы после выдержки в воде при +40 ºС
Отсутствие смолы
на поверхности волокон
Рис. 15 Структура образца стеклопластика на
основе стеклонаполнителя 2 и винилэфирной
смолы после выдержки в воде при +40 ºС
14
ВЫВОДЫ:
Результат
Характеристики
Стеклопластики на основе стеклонаполнителя:
производитель 1
производитель 2
На ст/наполнителе производителя 1 значения характеристик >
Механические
в/эф
на 27-41 % (в зависимости от вида деформирования),
характеристики в исходном
чем на ст/наполнителе производителя 2
состоянии при +20 ºС
На ст/наполнителе производителя 1 значения характеристик >
п/эф
на 19-21 %, чем на ст/наполнителе производителя 2
Механические характеристики при
повышенной температуре испытаний Ст/наполнитель не влияет на изменяемость характеристик
(+60 ºС)
+20 ºС
Механические
характеристики после термовлажностного воздействия
+60 ºС
при температуре испытаний
Снижение до 17 %
Снижение до 63 %
Снижение до 26 %
Снижение более 65 %
15