Способ определения эффективности процесса поверхностной обработки углеродных волокон Советский патент 1993 года по МПК G01N13/00 

Ё

Изобретение относится к методам ускоренного измерения и контроля качества активированной поверхности углеродных волокон, применяемых в качестве наполнителя для полимерных композиционных материалов. Сущность изобретения: при определении эффективности пр.оцесса поверхностной обработки углеродных волокон и адгезий их к полимерной матрице измеряют гидростатическим взвешиванием удельный вес образца волокна в водном растворе этанола с плотностью 0,97-0,99 г/см и рассчитывают величину прочности углепластика при межслоевом сдвиге по формуле гсд .Iff, где (а) и (Ь) - коэффи- а уув циенты, равные а 1,8-2,2, b 0,1-1,0, а (Уув)- измеренный удельный вес волокна в водном растворе этанола.

Изобретение относится к методам ускоренного измерения и контроля качества активированной поверхности углеродных волокон, применяемых в качестве наполнителей для полимерных композиционных материалов.

Целью изобретения является ускорение и упрощение определения.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют удельный вес образца УВ (уув) гидростатическим взвешиванием в водном растворе этанола, имеющего плотность 0,97-0,99 г/см3. Ожидаемый уровень прочности углепластика при сдвиге на основе такого волокна определяют по калибровочной кривой (гсд) f(yya). которую строят для каждого типа УВ по формуле

г -Ь УУВ

сд - ,.-

а уув

НОЙ ПЛОТНОСТИ ( тЈ ). ЭТО ПОЗВОЛИЛО

В процессе проведенных авторами исследований была установлена линейная зависимость между величиной прочности углепластика при межслоевом сдвиге (гсд) и отношением (тсд) к удельному весу, измеренному в ЁОДНОМ растворе этанола указан- IPA Уув

предположить, что связь величины (тсд) собственно с величиной (уув) описывается следующим уравнением: Ь -Уув а-уув

где значения (а) и (Ь) - коэффициенты, зависящие от типа УВ, а (Уув) - удельный вес образца УВ, который может изменяться от 1.4 до 2,1 г/сма.

Экспериментальная проверка подтвердила предложенный способ расчета (гсд).

Гсд

(D

00

00 (Л

VI VI

Так, для каждого типа УВ. подвергнутого поверхностной обработке различной интенсивности строят калибровочную кривую по формуле (1). При этом величину коэффициентов (а) и (Ь) определяют с учетом величины разброса значений (гсд), полученных из механических испытаний углепластиков на основе данного типа УВ. Построенная калибровочная кривая гсд г(}ув) представляет собой (с вероятностью 95%) гарантированный нижний предел значений (тсд) для углепластиков. армированных данным волокном,Статистические исследования для разных типов УВ позволили установить пределы изменений коэффициентов (а) и (Ь), для а (1,8-2.2), Ь (0,1-1,0).

Таким образом, измерив удельный вес УВ вышеуказанным способом можно с большой достоверностью определить по калибровочной кривой ожидаемый уровень адгезии УВ к полимерной матрице.

Применение способа позволяет контролировать процесс поверхностной обработки УВ, быстро оценивать активность поверхности материала и корректировать технологические параметры. Одновременно способ позволяет значительно уменьшить трудозатраты и расход материалов, используемых для приготовления и испытания углепластика на прочность при межслоевом сдвиге.

Нижеследующие примеры иллюстрируют способ, не ограничивая его.

Пример 1. Углеродное волокно в виде однонаправленной ленты шириной 265 мм с прочностью нитей основы 265 кгс/мм2 и модулем упругости 25000 кгс/мм2 подвергают электрохимической обработке поверхности. На основе этой ленты изготовляют углепластик и, в соответствии с ОСТ 90199-75 испытывают на прочность при межслоевом сдвиге (гсд). В результате испытаний величина (гсд) составила 4,7 кгс/мм2.

Образец этого же УВ весом 1 г разделяют на 3-5 полосок размером 10x50 мм, с помощью аналитических весов марки ВЛА- 200 М методом гидростатического взвешивания в водном растворе этанола с плотностью 0,99 г/см определяют удельный вес УВ (уув) как среднее значение из 3-5 измерений, равный 1,650 г/см3. По калибровочной кривой (гсд) f (уув) находят расчетное значение ожидаемого уровня прочности углеплэстика при сдвиге, равное 4, 55 кгс/мм .

В контрольном опыте для измерения удельного веса УВ (уув) используют водный раствор этанола с плотностью 0,996 г/см, получая значение уув 1.605 г/см

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Расчетное значение ожидаемой величины (гсд). определенное по калибровочной кривой составляет 3.5 кгс/мм и не соответствует фаюическому уровню адгезии УВ к полимерной матрице.

Пример 2. Углеродную некрученую нить линейной плотности 390 текс с прочностью элементарного волокна 360 кгс/мм2 и модулем упругости 21000 кгс/мм2 подвергают поверхностной обработке озонсодержа- щей газовой смесью. На основе углеродной нити изготовляют и испытывают углепластик, который имеет прочность при межслоевом сдвиге (гсд) 7,5 кгс/мм2.

Удельный вес образца углеродной нити определяют как в примере 1, но плотность водного раствора этанола составляет 0,97 г/см . Полученное значение (уув) составляет 1,744 г/см . По калибровочной кривой (гсд) f(yyo) находят расчетное значение ожидае- ,мого уровня прочности углепластика при сдвиге, равное 7.25 кгс/мм .В контрольном опыте для измерения удельного веса УВ(ууВ) используют водный раствор этанола с плотностью 0,96 г/см3, получая значение уув 1,780 г/см3. Расчетное значение (гсд), определенное по калибровочной кривой составило 9,75 кгс/мм и не соответствует уровню адгезии, полученному при испытаниях углепластика на сдвиг. ft

Пример 3. Высокопрочное высокомодульное углеродное волокно в виде одно-1 направленной ленты шириной 100 мм с прочностью элементарных нитей основы 260 кгс/мм и модулем упругости 37000 кгс/мм подвергают процессу поверхностной обработки в жидкофазном окислителе. При испытании углепластика на основе обработанной ленты на прочность при межслоевом сдвиге получено значение (гсд) 5,2 кгс/мм2.

Удельный вес образца этого же углеродного волокна определяют так как и в примере Т, но плотность водного раствора этанола составляет 0,98 г/см . Измеренное значение величины (уув) составило 1,81 г/см . Расчетное значение уровня прочности углепластика при сдвиге, найденное по калибровочной кривой равно 5,2 кгс/мм .

Как следует из приведенных примеров, применение способа оценки эффективности поверхностной обработки УВ и предполагаемого уровня прочности композита на его основе при межслоевом сдвиге хорошо согласуются с данными механических испытаний углепластиков и т.о. позволяет сократить время, трудоемкость и затраты на работу по определению адгезии УВ к связующему

51818577 6

Формула изобретенияряют гидростатически е водном растворе

Способ определения эффективностиэтанола плотностью 0,97-0,99 г/см°рассчи

процесса поверхностной обработки угле-тывают величину прочности углепластикэ

родных волокон и эдгезии их к полимеркойпри межслоевом сдвиге тсд по формуле

матрице, состоящей в проведении и иэмере-5 Ь Уув

ним физико-химического параметра угле-СА а - vye

родных волокон, по которому определяютгде а 1,8-2,2:

искомую величину;отлич а ющийся тем,Ь 0,1-1,0,

что, с целью ускорения и упрощения опре-пропорциональную эффективности процесделения, в качестве физико-химического па-10 са поверхностной обработки углеродных вораметра выбирают удельный веслокон.

углеродного волокна тув. УВ, который изме