Способ определения температурного коэффицента линейного расширения полимерных матриц волокнистых композиционных материалов Советский патент 1979 года по МПК G01N25/16 

Изобретение относится к области измерения теплофизических свойств веществ, конкретнее - к измерению температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) полимерных матриц волокнистых композиционных материалов.

Известен способ определения ТКЛР материалов 1, однако в применении для определения ТКЛР полимерных матриц композиционных материалов он обладает низкой точностью измерений, так как позволяет определять ТКЛР матрицы только на образцах из материала матрицы, т. е. приближенно без учета влияния на материал матрицы наполнителя.

Ближайшим техническим решением является способ, основанный на измерении ТКЛР образца, изготовленного из связующего и испытуемых волокон, направленных по его оси, длиной, равной длине образца. Этот способ позволяет учитывать влияние наполнителя на ТКЛР матрицы 2.

Однако для расчета ТКЛР по этому способу необходимо измерять модуль упругости материала матрицы в широком диапазоне температур с учетом влияния наполнителя, что является значительно более трудной, задачей, чем измерение ТКЛР. В настоящее время методики для измерения модуля упругбсти полимерных матриц

с учетом влияния наполнителя при его объемной степени наполнения более 20% не разработаны (степень наполнения конструкционных материалов в подавляющем

большинстве случаев лежит в пределах 30-60%). Поэтому для расчета ТКЛР матрицы по указанному способу приходится использовать данные по величине модуля упругости матрицы без учета влияния наполнителя, что приводит к понижению точности определения ТКЛР материала матрицы. Следует отменить, что определение модуля упругости даже без учета влияния наполнителя - сложная и трудоемкая задача.

Измерение модуля упругости волокон наполнителя в зависимости от температуры также необходимо для расчета ТКЛР матрицы, что является сложной технической

задачей.

Целью изобретения является повышение точности и упрощения измерений.

Это достигается тем, что изготавливают два образца из волокна и материала матрицы с разным их объемным отношением, причем площади поверхности волокна на единицу объема матрицы у образцов выбирают одинаковыми и измеряют. ТКЛР обоих.образцов.

(3

Расчет ТКЛР материала матрицы производится по формуле:

«IK ( - «в) - ky.,K (otiK - )

а.. :

()-(1к - в)

fe -2СВ

г 2в-1кв

где а,к I «зк - ТКЛР образцов;

KB - ТКЛР наполнителя; fjB, зв и DICB, UjcB-объемные содержания наполнителя и материала матрицы в образцах.

Использование двух образцов с разным объемным отношением наполнителя к материалу матрицы позволяет исключить из расчета ТКЛР материала матрицы модуль упругости матрицы и наполнителя.

Изготовление образцов с одинаковой площадью поверхности на единицу объема материала матрицьт и использование одного и того же наполнителя вызвано необходимостью получен1ия у обоих образцов одинаковых физико-Механических свойств материала матрицы, изменение которых вызывается влиянием наполнителя, так как оно зависит от поверхностной энергии и площади поверхности наполнителя.

П р и м е р. Определение ТКЛР матрицы из связующего ЭДТ-10 однонаправленного стеклопластика с отношением площади поверхности стекловолокна,соприкасающейся с матрицей, к объему матрицы 4000 слг2/сдг диаметром волокон в пределах 5-12 мкм.

Из стеклянного волокна выбирают волокна диаметром 6 мкм для одного образца и диаметром 10 мкм для другого. Из этих волокон и связующего ЭДТ-10 изготавливают образцы в форме стержней с направлением волокон вдоль их оси. Длина волокон равна длине образца. Причем в образец из 6 мкм волокна для получения одинаковой площади поверхности волокон в образцах, соприкасающихся с матрицей, укладывают их в 1,67 раза больше, чем в образец из 10 мкм волокон. Объем ЭДТ-10 у обоих образцов одинаков, при ЭТОМ его величина выбирается из условия получения отнощения площади поверхности волокна к объему ЭДТ-10 в образцах, равного 4000 Для иолучения этого

отношения образец из 6 мкм волокпа должен иметь отношение объемов волокна к матрице, равное 0,6, а образец из 10 мкм волокна в 1,67 раза больше, т. е.

1,0.

Измеряют ТКЛР этих образцов и по полученным данным рассчитывают ТКЛР материала матрицы.

Использование предлагаемого способа

определения ТКЛР полимерных матриц волокнистых композиционных материалов обеспечивает но сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможиость измерения ТКЛР полимериых

матриц волокнистых композиционных материалов с учетом влияния наиолнлтеля, и, таким образом, повышение точности измерений; использование для определения ТКЛР полимерных матриц волокнистых

композиционных материалов только дилатометрических измерений, т. е. исключение при расчетах ТКЛР материала матрицы данных по модулю упругости и, таким образом, существенное упрощение измерения.

Формула изобретения

Способ оиределения температурного коэффициента линейного расширения

(ТКЛР) полимерных матриц волокнистых композиционных материалов, заключающийся в том, что образец изготавливают в форме стержня со шлифованными торцами из волокон, направленных вдоль

оси стержня и равных ему по длине, и измеряют его ТКЛР при заданной темпер атуре оиыта в дилатометре, отличающийся тем, что, с целью повыщения точиости и упрощения измерений, изготавливают два образца из волокна и материала матрицы с разным их объемиым отношением, причем площади поверхности волокна на единицу объема матрицы у образцов выбирают одинаковыми и измеряют ТКЛР обоих образцов.

Источиики информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Аматуни А. Н. Методы и приборы для определения ТКЛР «Стандартов,

М., 1972.

2.Авторское свидетельство по заявке № 2431809, кл. G 01 N 25/16, 1976 (прототип).