|
DOI: 10.14489/hb.2021.11.pp.003-011
Злобина И. В.
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ УГЛЕПЛАСТИКА К ДЕЙСТВИЮ ПОПЕРЕЧНЫХ НАГРУЗОК С УЧЕТОМ ВРЕМЕННÓГО И КЛИМАТИЧЕСКОГО ФАКТОРОВ
(с. 3-11)
Аннотация. Показана актуальность исследований в области разработки физических методов повышения устойчивости изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) к воздействию факторов внешней среды с учетом его продолжительности. Изучено влияние экспозиции образцов углепластика на эпоксидной матрице в натурных условиях климатической зоны Саратова на изменение предельных напряжений трехточечного изгиба. Проведены сравнительные испытания образцов, предварительно модифицированных в СВЧ электромагнитном поле частотой 2,45 ГГц с плотностью потока энергии (17…18)104 мкВт/см2. Показано, что воздействие факторов внешней среды приводит к снижению предельных напряжений на 3,7…10,4 % в зависимости от экспозиции. Модифицирование углепластика в отвержденном состоянии в СВЧ электромагнитном поле уменьшает отрицательное влияние внешней среды по снижению прочности на 44,3…73 %. Установлено, что упрочняющий эффект СВЧ модифицирования возрастает с увеличением экспозиции с 6 до 11,5 % в принятых условиях эксперимента, при этом существенно возрастает равномерность значений изгибной прочности в партии, проявляющася в уменьшении коэффициента вариации предельных напряжений на 70,2…77,8 %. Получены функциональные зависимости в виде полиномов второго порядка, позволяющие с достоверностью 98…99 % прогнозировать устойчивость изделий из модифицированного углепластика при длительной эксплуатации в условиях действия факторов внешней среды.
Ключевые слова: полимерные композиционные материалы; углепластик; изгибная прочность; равномерность; факторы внешней среды; СВЧ электромагнитное поле; аморфная и упорядоченная структура.
Zlobina I. V.
ASSESSMENT OF THE STABILITY OF CARBON FIBER TO THE ACTION OF TRANSVERSE LOADS TAKING INTO ACCOUNT TIME AND CLIMATE FACTORS
(pp. 3-11)
Abstract. The relevance of research in the development of physical methods for increasing the stability of products made of polymer composite materials (PCM) to the influence of environmental factors, taking into account its duration, is shown. The influence of exposure of carbon fiber samples on an epoxy matrix in the natural conditions of the climate zone of Saratov on the change in the limit stresses of three-point bending was studied. Comparative tests of samples premodified in a microwave electromagnetic field with a frequency of 2.45 GHz with an energy flux density (17…18)×104 µw/cm2 were performed. It is shown that the influence of environmental factors leads to a decrease in the limit stresses by (3,7…10,4) % depending on the exposure. Modification of carbon fiber in the cured state in the microwave electromagnetic field reduces the negative influence of the external environment by reducing the strength by (44.3…73) %. It was found that the strengthening effect of microwave modification increases with increasing exposure from 6 % to 11.5 % under the accepted experimental conditions, while the uniformity of the bending strength values in the batch increases significantly, which is manifested in a decrease in the coefficient of variation of limit stresses by (70.2…77.8) %. Functional dependencies in the form of 2nd-order polynomials are obtained, allowing with confidence (98…99) % predict the stability of products made of modified carbon fiber during long-term operation under the influence of environmental fac-tors.
Keywords: Polymer composite materials; Carbon fiber; Bending strength; Uniformity; Environmental factors; Microwave electromagnetic field; Amorphous and ordered structure.
И. В. Злобина (Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А., Саратов, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
I. V. Zlobina (Yuri Gagarin Saratov State Technical University, Saratov, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. http://xn--80aplem.xn--p1ai/analytics/Mirovoj-rynok- uglerodnogo-volokna/.
2. Кошкин Р. П. Основные направления развития и совершенствования беспилотных авиационных систем [Электронный ресурс]. URL: http://spmagazine.ru/420 (дата обращения: 28.01.2017).
3. Каблов Е. Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники // Вестник Российской академии наук. 2012. Т. 82, № 6. С. 520 – 530.
4. Ким С. Сырье → композиты → углеволокно // The Chemical Journal, октябрь 2014. С. 64 – 73.
5. Садовская Т. Г., Лукина Е. А. Проблемы и перспективы реализации политики импортозамещения при формировании производственной кооперации по применению композиционных материалов в отечественном гражданском авиастроении на примере ОАО «Объединенная авиастроительная корпорация» [Электронный ресурс] // Инженерный журнал: наука и инновации. 2014. Вып. 11. С. 1 – 12. URL: http://engjournal.ru/catalog/indust/hidden/ 1221.html.
6. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. СПб.: Научные основы и технологии, 2010. 822 с.
7. International Plastics Handbook the Resource for Plastics Engineers / S. Brinkmann et al.; ed. Hanser. 2006. 920 p.
8. Полимерные композиционные материалы в конструкциях летательных аппаратов [Электронный ресурс] / Г. М. Гуняев, В. В. Кривонос, А. Ф. Румянцев и др. // Конверсия и машиностроение. 2004. № 4. URL: www: viam.ru/public.
9. Гусева Р. И. Производство изделий из ПКМ в самолетостроении: учеб. пособие. Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО «КНАГТУ», 2013. 135 с.
10. Технология полимерных материалов / А. Ф. Николаев, В. К. Крыжановский, В. В. Бурлов и др. СПб.: Профессия, 2008. 534 с.
11. Архангельский Ю. С. Справочная книга по СВЧ-электротермии: справочник. Саратов: Научная книга, 2011. 560 с.
12. Коломейцев, В. А., Кузьмин Ю. А., Никуйко Д. Н., Семенов А. Э. Экспериментальные исследования уровня неравномерности нагрева диэлектрических материалов и поглощенной мощности в СВЧ-устройствах резонаторного типа // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. Т. 18, № 12. С. 25 – 31.
13. Калганова С. Г. Электротехнология нетепловой модификации полимерных материалов в СВЧ электромагнитном поле: дис. … д-ра техн. наук. Саратов: Саратов. гос. тех. ун-т, 2009.
14. Inderdeep Singh Feasibility Study on Microwave Joining of ‘Green’ Composites / Inderdeep Singh, Pramendra Kumar Bajpaia, Deepak Malika, Apurbba Kumar Sharmaa, Pradeep Kumara // Akademeia. 2011. No. 1(1): ea0101. Р. 1 – 6.
15. Studentsov V. N., Pyataev I. V. Effect of Vibration in Processes of Structure Formation in Polymers // Russian Journal of Applied Chemistry. 2014. V. 87, No. 3. P. 352 – 354. Pleiades Publishing, Ltd. 2014.
16. Zlobina I. V., Bekrenev N. V. The Influence of Electromagnatic Field Microwave on Physical and Mechanical Characteristics of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) Structural // Solid State Phenomena. 2016. V. 870. P. 101 – 106.
17. Злобина И. В., Бекренев Н. В., Павлов С. П. Прочностные испытания модифицированных в СВЧ электромагнитном поле композиционных материалов // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Сер. Механика предельного состояния. 2017. № 3(33). С. 42 – 57.
18. Zlobina I. V. The Effect of Processing in a SHF Electromagnetic Field on the Parameters of Vibro-Wave Processes Generated by the Impact of a Solid Body in Cured Polymer Composite Materials under Influence of Climate Factors // JOP Conference Series: Metrological Support of Innovative Technologies. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Krasnoyarsk, Russia, 2020. Р. 42045.
19. Злобина И. В., Бекренев Н. В. Новые конструкторско-технологические методы повышения прочности конструкционных элементов из неметаллических композиционных материалов: монография. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2017. 164 с.
20. Методические особенности проведения и обработки результатов климатических испытаний полимерных композиционных материалов / В. Н. Кириллов, В. А. Ефимов, С. Л. Барботько и др. // Пластические массы. 2013. № 1. С. 29 – 34.
21. Исследование влияния климатических факторов и механического нагружения на структуру и механические свойства ПКМ / В. Н. Кириллов, В. А. Ефимов, А. К. Шведкова и др. // Авиационные материалы и технологии. 2011. № 4. С. 41 – 45.
22. Славин А. В., Старцев О. В. Свойства авиационных стеклопластиков и углепластиков на ранней стадии климатического воздействия // Тр. ВИАМ. 2018. № 9(69). С. 71 – 81.
23. Злобина И. В., Кацуба И. С., Бекренев Н. В. Влияние обработки в СВЧ-электромагнитном поле на изменение изгибной прочности конструкционных элементов из отвержденных углепластиков под действием факторов внешней среды // Изв. Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 3(238). С. 20 – 22.
24. Мошинский Л. Эпоксидные смолы и отвердители. Тель-Авив: Аркадия-Пресс. ЛТД., 1995. 371 с.
1. Available at: http://xn--80aplem.xn--p1ai/analytics/ Mirovoj-rynok- uglerodnogo-volokna/ [in Russian language]
2. Koshkin R. P. The main directions of development and improvement of unmanned aircraft systems. Available at: http://spmagazine.ru/420 (Accessed: 28.01.2017). [in Russian language]
3. Kablov E. N. (2012). Materials and chemical technologies for aviation technology. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk, Vol. 82, (6), pp. 520 – 530. [in Russian language]
4. Kim S. (2014). Raw materials → composites → carbon fiber. The Chemical Journal, pp. 64 – 73. [in Russian language]
5. Sadovskaya T. G., Lukina E. A. (2014). Problems and prospects of the implementation of the policy of import substitution in the formation of industrial cooperation on the use of composite materials in the domestic civil aircraft industry on the example of JSC "United Aircraft Corporation". Inzhenerniy zhurnal: nauka i innovatsii, (11), pp. 1 – 12. Available at: http://engjournal.ru/catalog/indust/hidden/ 1221.html [in Russian language]
6. Mihaylin Yu. A. (2010). Structural polymer composite materials. 2nd ed. Saint Petersburg: Nauchnye osnovy i tekhnologii. [in Russian language]
7. Brinkmann S. (Ed.) et al. (2006). International Plastics Handbook the Resource for Plastics Engineers. Hanser.
8. Gunyaev G. M., Krivonos V. V., Rumyantsev A. F. et al. (2004). Polymer composite materials in aircraft structures. Konversiya i mashinostroenie, (4). Available at: www: viam.ru/public [in Russian language]
9. Guseva R. I. (2013). Production of products from PCM in aircraft construction: a textbook. Komsomol'sk-on-Amur: FGBOU VPO «KNAGTU». [in Russian language]
10. Nikolaev A. F., Kryzhanovskiy V. K., Burlov V. V. et al. (2008). Polymer technology. Saint Petersburg: Professiya. [in Russian language]
11. Arhangel'skiy Yu. S. (2011). Reference book on microwave electrothermy: handbook. Saratov: Nauchnaya kniga. [in Russian language]
12. Kolomeytsev, V. A., Kuz'min Yu. A., Nikuyko D. N., Semenov A. E. (2013). Experimental studies of the level of non-uniformity of heating of dielectric materials and absorbed power in microwave devices of the resonator type. Elektromagnitnye volny i elektronnye sistemy, Vol. 18, (12), pp. 25 – 31. [in Russian language]
13. Kalganova S. G. (2009). Electrotechnology of non-thermal modification of polymeric materials in a microwave electromagnetic field. Saratov: Saratovskiy gosudarstvenniy tekhnicheskiy universitet. [in Russian language]
14. Inderdeep Singh, Pramendra Kumar Bajpaia, Deepak Malika, Apurbba Kumar Sharmaa, Pradeep Kumara (2011). Inderdeep Singh Feasibility Study on Microwave Joining of ‘Green’ Composites. Akademeia, 1(1), pp. 1 – 6.
15. Studentsov V. N., Pyataev I. V. (2014). Effect of Vibration in Processes of Structure Formation in Polymers. Russian Journal of Applied Chemistry, Vol. 87, (3), pp. 352 – 354. Pleiades Publishing, Ltd.
16. Zlobina I. V., Bekrenev N. V. (2016). The Influence of Electromagnatic Field Microwave on Physical and Mechanical Characteristics of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) Structural. Solid State Phenomena, Vol. 870, pp. 101 – 106.
17. Zlobina I. V., Bekrenev N. V., Pavlov S. P. (2017). Strength tests of composite materials modified in a microwave electromagnetic field. Vestnik Chuvashskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. I. Ya. Yakovleva. Seriya: Mekhanika predel'nogo sostoyaniya, 33(3), pp. 42 – 57. [in Russian language]
18. Zlobina I. V. (2020). The Effect of Processing in a SHF Electromagnetic Field on the Parameters of Vibro-Wave Processes Generated by the Impact of a Solid Body in Cured Polymer Composite Materials under Influence of Climate Factors. JOP Conference Series: Metrological Support of Innovative Technologies. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Krasnoyarsk.
19. Zlobina I. V., Bekrenev N. V. (2017). New design and technological methods for increasing the strength of structural elements made of nonmetallic composite materials: monograph. Saratov: Saratovskiy gosudarstvenniy tekhnicheskiy universitet. [in Russian language]
20. Kirillov V. N., Efimov V. A., Barbot'ko S. L. et al. (2013). Methodological features of conducting and processing the results of climatic tests of polymer composite materials. Plasticheskie massy, (1), pp. 29 – 34. [in Russian language]
21. Kirillov V. N., Efimov V. A., Shvedkova A. K. et al. (2011). Investigation of the influence of climatic factors and mechanical loading on the structure and mechanical properties of PCM. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, (4), pp. 41 – 45. [in Russian language]
22. Slavin A. V., Startsev O. V. (2018). Properties of aviation fiberglass and carbon fiber reinforced plastics at an early stage of climatic impact. Trudy VIAM, 69(9), pp. 71 – 81. [in Russian language]
23. Zlobina I. V., Katsuba I. S., Bekrenev N. V. (2020). Influence of processing in a microwave electromagnetic field on the change in the bending strength of structural elements made of hardened carbon fiber reinforced plastics under the influence of environmental factors. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 238(3), pp. 20 – 22. [in Russian language]
24. Moshinskiy L. (1995). Epoxy resins and hardeners. Tel'-Aviv: Arkadiya-Press. LTD. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 450 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/hb.2021.11.pp.003-011
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 450 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/hb.2021.11.pp.003-011
and fill out the form
.
|
Current Issue
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»