Короткі теоретичні відомості. Руйнування від міжшарового зсуву відбувається під дією дотичних напруг, діючих в площині контакту армованих шарів зразка композиту

Руйнування від міжшарового зсуву відбувається під дією дотичних напруг, діючих в площині контакту армованих шарів зразка композиту, сполучених полімерним прошарком. Міцність шаруватого композиту в цьому випадку визначається міцністю зчеплення волокна з матричним матеріалом - адгезією, а також властивостями зв'язуючого при зсуві.

Якщо руйнування в зразку відбувається по межі волокно - матриця, має місце адгезійне руйнування композиту, руйнування полімерного прошарку або армуючого наповнювача називається когезійним руйнуванням. В чистому вигляді адгезійне або когезійне руйнування зустрічається рідко. Частіше один вид руйнування супроводиться іншим, тобто відбувається адгезійно-когезійне руйнування.

Міцність композитів при міжшаровому зсуві звичайно значно нижче за міцність зв'язуючого при зсуві. Це викликано, як правило, високим рівнем дефектності межі розділу між компонентами, наявністю замаслувачів, концентрацією напруг, обумовлених відмінністю физико-механічних характеристик компонентів, і т.д.

Для підвищення характеристик при міжшаровому зсуві використовують методи обробки поверхні наповнювача розчинниками, відпал для видалення замаслювача, обробку кислотами для активізації поверхневих реакційноспроможних груп матеріалу наповнювача, вискерізацию, апретування волокон, створення міжшарових зшивань шляхом введення елементів наповнювача в напрямі, перпендикулярному площині шарів і т.п. В результаті поліпшуються умови змочуваності поверхні волокон зв'язуючим, підвищується адгезійна міцність, утворюються міцні хімічні зв'язки між компонентами. В деяких випадках міжшарова міцність стає навіть вищою міцності зсуву матриці.

Методи дослідження

Методика дослідження заснована на визначенні зусилля, при якому один шар шаруватого ВПКМ зміститься щодо сусіднього з руйнуванням прошарку між шарами КМ. Міцність на міжшаровий зсув визначається відношенням отриманого зусилля до площі контакту зсовуваних шарів. З аналізу отриманих напруг руйнування, межі міцності зв'язуючого на зсув, а також виду поверхні руйнування можна зробити висновок про вид руйнування.

Для випробувань на міжшаровий зсув, залежно від виду готового виробу, використовуються зразки двох видів: плоскі і кільцеві. Часто використовуються так звані зразки-свідки, тобто зразки, які отримані при реалізації технологічного процесу одночасно з виробом, що виготовляється, і при тих же технологічних режимах.

Розміри і форма зразків, а також технологічні і структурні дефекти матеріалу, які аналітично врахувати неможливо, роблять істотний вплив на величину міжшарової міцності. Тому результати випробувань є оцінними і дозволяють зробити висновок про сумісність вибраних компонентів композиту, а також про ступінь реалізації характеристик зв'язуючого в композиті.

Зразки для дослідження і пристосування для випробувань

В роботі використовуються плоскі, шаруваті, отримані методом пресування зразки, виготовлені на основі різних типів армуючих тканин: склотканини, органічної тканини і вуглецевої тканини.

Вид зразка для випробування показаний на рис. 1. Надрізи на зразку виконані торцевою фрезою діаметром 4 мм на глибину 0,68. З ціллю більш точного поєднання осі зразка з розтягуючим зусиллям при установці його в захопленнях випробувальної машини по краях зразка виконані отвори.

Рис. 1. Загальний вид зразка для випробувань

Для визначення межі міцності зв'язуючого при зсуві виготовляються зразки-смужки методом заливки у форми. При цьому режими затвердівання полімерного зв'язуючого відповідають режимам затвердівання композиту. Пристосування для випробування зразків, з полімерного зв'язуючого на зсув показано на рис. 2.

Рис. 2. Пристосування для випробування зразка полімерного зв'язуючого на зсув

Порядок проведення роботи

1. Виміряти ширину зразка композиту „b” з точністю до 0,1 мм на ділянці між надрізами.

2. Виміряти відстань „a” між надрізами з обох боків зразка композиту і усереднити отримані значення.

3. Закріпити зразок композиту в захопленнях розривної машини і поволі навантажувати його розтягуючим зусиллям до руйнування, зафіксувавши зусилля руйнування зразка Р_Р.

4. Пункти роботи 1 – 3 виконати для кожного з досліджуваних зразків композитів, отримані результати занести в табл. 1.

5. Виробити вимір перетину зразка зв'язуючого (b, h).

6. Встановити пристосування для випробування на зсув в захопленнях розривної машини.

7. Поволі збільшуючи зусилля розтягування, довести зразок зв'язуючого до руйнування. Отримані значення зусилля руйнування Р_Р занести в табл. 1.