Способ определения текстуры углеродной матрицы композитов Советский патент 1993 года по МПК G01N27/72 

I)

е

Изобретение относится к области исследования структуры трердьтх теп, в частности композитов с углеродной матрицей, и может быть использовано , в отраслях промышленности, производящих искусственные у леродные материалы.

Эксплуатационные свойства ком- позитов определяются особенностями Q структуры наполнителя и матрицы. Наибольшую практическую значимость представляют композиты с волокнистым наполнителем. Структура композитов формируется при. сильном взаимном |5 влиянии наполнителя и связующего. Одним из проявлений такого влияния является преимущественная ориентация кристаллов или текстура матрицы у поверхностного наполнителя. Тексту- 20 ра матрицы оказывает существенное влияние на многие эксплуатационные свойства композитов с Волокнистым наполнителем: злектро- и теплофизи- ческие свойства, реакционную способ- 25 ность, прочность и др, Поэтоьгу возникает необходимость количественной оценки текстуры углеродной матрищ.1 у композитов.

Целью изобрете1шя является повыше-ЗО ние точности и экспрессности способа за счет-количественного определения текстуры по электро изическим параметрам образцов.

На фиг. 1 и 2 показан армированный,, образец и направления электрического Е и магнитного В полей при измерениях магн&тосопротивления.

Способ.осуществляют следующим образом.I40

В образце композита измеряют . электропроводность 6, продольное Mj и поперечное.МJ магнетосопротивления. Затем из него механически вьщеляют волокно и производят измерение его -45 электропроводности 6 g, продольного М и поперечного Ы магнетосопро- ти влений. Учитывая известную объемную долю волокна V g определяют текстуру (текстурный параметр Т) из соотно-

50

Т

, г.

. Н 61У

M,.M,f

: Пример 1, Определяли текстуру углеродной матрицы нз каменноуголь , Q|5 20 25

-ЗО й,, х

40

. -45 ю

50

55

ьного пека н однонаправленных компо- зитах, содержащих АО об.% углеродного волокна . Температура обработки композитов составляла . Вьфе- зали из композитов образцы прямоугольной формы ретзмерагш 5x5x15 мм , длинная ось которых совпадает с направлением .армирования композита, и измеряли удельную электропроводность таких образцов, а также их продольное и поперечное магнетосопротивления , в магнитном поле индукции 1,5 Т. После этого механическим способом выделяли фрагмент углеродного волокна и измеряли его удельную электропроводность, продольное и поперечное маг- нетЬсопротивления в том же магнитном поле, что и композита, т.е. В 1,5 Т. Величину текстурного параметра матрицы определяли по формуле (1).

Из тех же образцов приготовляли шлифы для анализа оптической текстуры в сечении, перпендикулярном направлению армирования, при помощи оптического микроскопа марки МДП-1.

Все исследованные образцы по данным оптического анализа имели высокую текстуруi оцениваемую как выраженная. 0 }нaкo, как следует из данных, приведенных в табл. 1, текстура матрицы у этих образцов, определяемая по предложенному способу, различна и xapaктepизyetcя определенной величиной параметра Т,

Предложенный способ позволяет количественно оценить текстуру матрицы в композитах с волокнистым наполнителем, в то время как известный способ дае-г лищь качественную характеристику текстуры. Время, затраченное на анализ одного образца по предлагаемому способу, составляет л 1 ч, что в раз меньше, чем время, аат раченное на анализ того же образца по известноь1у- способу.

В табл. 1, показаны результаты определения текстуры углеродной матрицы

KOMltO3HTOB.

Пример 2, Анализировали текстуру .углеродной матрицы композитов, полученных прессованием шихты, состоящей из ЛО об,% углеродного волокна марки BIIP-19 С длиной 2-5 мм и диспергированного каменноугольного пека.

Температура термической обработки составляла давление прессования 2-10 Па.

Вырезали из композита образцы размером 3x5x15 мм , длинная ось которых совпадает с направлением армирования и периепдйкулярна тшосКости прессования . Измеряли электропровопиость, продольное и поперечное магнетрсопро- тивления этих образцов..

Предварительными нсследованпдми установлено, что электропроводность углеродных полокои, выделенных из композитов данного типа, составляет ( ,,,1500 Ом см , а продольное магне- тосопротнвление М, не превышает .-- 1 , а попёр ечное магнетосопро- тивление композитов данного типа составляет 1%, а электропроводность

2000 Ом , то вкладом во- - локна в значение текстурного параме гра Т можно пренебречь. При этом текстурный параметр может быть вычислен по упрощенис№1. формуле,

м

(2) 25

I

Качество 1Ш1ифов, приготовленньпс для оптического анализа, не позволяет исследовать текстуру матрицы. В то же время проведена количественная оценка текстуры по предложенному способу. Значения параметра Т для этих образцов приведены в табл. 2.

Как видно из представленных данных, предлагаемый способ позволяет количественно оцечшва ть текстуру углеродной матрицы композитов с во-. локнистым наполнителем, в то время как Известный оптический способ определения текстуры не позволяет дать

даже качественную оценку текстури- рованности матрицы композитов.

Формула изобретения

Способ определения текстуры углеродной матрицы композитов на основе волокнистого наполнителяJ включающий измерение электрофизических параметров композитов, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения точности и экспрессности способа, измеряют электропроводность, продольное и поперечное магнетосопротивления композита, после чего выделяют из композита фрагмент волокна и измеряют его электропроводность, продольное и поперечное магнетосопротивления, а о текстуре матрицы судят по величине текстурного, параметра, определяемого из соотнЬшения

t.- f

Mr. «S

lYj а

где Mjj, М - продольное и поперечное магнетосопротивления композита;

в л

Mj, М - продольное и поперечное магнетосопротивления фрагмента волокна; 6 ig удельные электропроводности композита и фрагмента волокна; V g - объемная доля волокна

в композите; Т - текстурный параметр.

Таблица 1

Изобретение может быть нспопь-: зовано в отраслях промышленности. производящих искусственные углеродные материалы. Способ определения тестуры углеродной матрицы композитов на основе волокнистого наполнителя состоит в следующем: в образце композита измеряют электропроводность, продольное и поперечное магиетосопротивление, затем выделяют из композита фрагмент волокна и измеряют его электропроводность, продольное и поперечное магнетосопротивле- ння, а о текстуре матрицы судят по величине текстурного параметра, определяемого из соотношения, приведенного в описании изобретения. Способ имеет повышенную точность. 2 ил.,. 2 табл. (Л С

Оптическая текстура Выражен- Выражен- Выражен- Выражен- Выраженная ная ная ная ная

т 1,651,801,551,89/ 1,40

М

0,0100,0090,0120,0090,013

6 Ом - см ,

3660 3540 3600 3510

.

0,1400,1200,120 .0,1100,110

7

0,020,0020,0020,0020,002

Т (по предлагаемому способу) 163

MI, %1,462,002,941,79

Мр, , % .0,470,75 . 0,56 . 0,66

Т (по п1 едлагаемому

способу)

3,12,75,3

3550

198128

208

107

Таблица 2

2,7

Направлю- наеорма,- рованая

./

(fjue. 2

НалрабАр Huecsf}/ u.- романа