ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механические свойства из "Углеводородные и другие жаростойкие волокнисты материалы" Отклонение формы поперечного среза от круглой затрудняет расчет истинной площади поперечного сечения и соответственно механических показателей, особенно прочности волокна. [c.262] Углеродные волокна могут иметь различную поверхность, которая определяется теми же факторами, что и поперечный срез волокна. Волокно, полученное из пека, характеризуется относительно гладкой поверхностью (рис. 6.2). Волокно со звездообразной формой среза (см. рис. 6.1, а) имеет неровную поверхность. Видимо, большинство углеродных волокон, полученных из химических волокон, не имеют гладкой поверхности. [c.262] Следует отметить, что углеродные волокна, изготовленные на основе химических волокон, характеризуются одной, только им присущей структурно-морфологической особенностью — фибриллярной структурой (см. гл. 1), свойственной химическим волокнам элементы этой структуры, хотя и в измененной форме, сохраняются в углеродном волокне. Именно поэтому углеродные волокна обладают рядом ценных свойств. Углеродное волокно, полученное из других видов сырья, является изотропным и по структуре аналогично стеклянному волокну. [c.262] Углеродные волокна имеют разнообразные внутренние и поверхностные микро- и макродефекты. К наиболее типичным дефектам относятся поры разных размеров, трещины, в которых концентрируются напряжения при приложении внешних усилии, инородные включения, наплывы и др., снижающие механические свойства волокна. Неоднородность углеродного волокна обусловлена дефектами, заложенными в исходном волокне и возникающими дополнительно в процессе карбонизации и графитации. Подробно влияние дефектов на механические свойства волокна рассматривается ниже. [c.262] Углеродные волокнистые материалы в зависимости от назначения изготовляются с различными и в ряде случаев уникальными механическими свойствами. Среди жаростойких волокон они занимают особое положение благодаря сочетанию высокой прочности с низкой плотностью, поэтому для этих волокон характерны высокие удельные механические характеристики. [c.263] Методы определения механических свойств зависят от формы материала. Для тканей определяется прочность (в кгс) полоски шириной 1 см, а иногда — прочность комплексных нитей утка и основы, которая выражается в кгс/нить. Для нетканых материалов, так же как для тканей, определяется прочность полосы шириной 1 см. Прочность шнуров, а иногда нитей выражается в кгс, которая зависит от толщины испытуемого образца и истинной прочности нити. Эти методы определения механических свойств, применяемые в текстильной промышленности и промышленности химических волокон, заимствованы из этих отраслей промьпиленности. Для перечисленных фор.м материала обычно определяются прочность и разрывное удлинение. Прочность представляет собой среднестатистическую величину, слагающуюся из показателей прочности большого числа нитей, а удлинение является условной характеристикой, зависящей от взаимного перемещения нитей при деформации тканей, но не истинной деформацией волокна. [c.263] При разработке методов определения механических показателей нитей возник ряд трудностей, обусловленных спецификой их свойств. Как указывалось выше, при некруглом сечении поперечного среза трудно определить истинный диаметр или площадь поперечного сечения нити. В этом случае из большого числа определений диаметра или площади поперечного сечения нитей находят поправочный коаффициеит. который для нити, имеющей форму звезды (см. рис. 6.1. а), по данным работы [1], при определении прочности принимается равным 1,25, а при определении модуля Юнга — 1,31. Экспериментально найденное значение диаметра (или площади) делится иа этот коэффициент. Поправочный коэффициент изменяется в зависимости от характера поперечного среза волокна. Учитывая малый диаметр нитей (5 —12 мкм), определение его производят под микроскопом, что требует большой затраты времени. [c.263] Так как волокно, особенно высокомодульное, является хрупким, предъявляются жесткие требования к зажимам и центровке волокна при испытании с тем, чтобы предотвратить его разрушение в местах зажима. Обычно волокна приклеиваются к зажимам. [c.263] Длина испытуемого образца влияет на прочность волокна. По мере увеличения длины возрастает суммарное число дефектов, поэтому прочность волокна снижается [4], что наглядно иллюстрирует рис. 6.4. В логарифмических координатах наблюдается линеи-ная зависимость прочности как функции длины нити, причем для углеродного волокна прочность снижается более интенсивно (кривая 3) по сравнению с графитированным волокном - (кривая J). По данным Ватта [5], при увеличении длины с 0,5 до 5 см прочность волокна уменьшается на 33%. [c.264] На прочность волокна оказывает влияние масштабный эффект [6]. По мере уменьшения диаметра прочность волокна возрастает (рис. 6.5). Это явление также связано с дефектами, число которых уменьшается по мере уменьшения толщины волокна. [c.264] Прочность и удлинение волокна определяются на разрывном приборе Пнстрон и приборах другого типа. По углу наклона прямой в координатах деформация — напряжение находят модуль Юнга (статический метод). Помимо статического предложен ряд динамических методов определения модуля Юнга одни из них нашли практическое применение, другие находятся в стадии разработки. [c.264] При определении модуля таким способом необходимо строго соблюдать заданное натяжение волокна и добиваться хорошего акустического контакта между волокном и датчиком. Точность метода составляет 10%. Недостатком ультразвукового метода является то, что в случае испытания пучка нитей с разным значением модуля для отдельных нитей определяется максимальное значение модуля. [c.265] Другой способ (косвенный) определения модуля основан на измерении ориентации кристаллитов рентгеновским методом по отражению от плоскости 002. Установлено [4], что между ориентацией кристаллитов и модулем Юнга существует прямая зависимость, поэтому можно по угловому распределению дифракции в течение нескольких секунд определить модуль Юнга с точностью 1%). Данные рентгеновского метода хорошо совпадают с данными других методов. Рентгеновский метод применяется для контроля производства углеродного волокиа. [c.265] Модуль Юнга можно определять оптическим методом, который основан на том, что отражающая способность, сопровождающаяся повышением блеска, возрастает с увеличением степени кристалличности волокна. При условии создания соответствующей аппаратуры метод вполне перспективен. [c.265] Модуль Юнга можно также определять при приложении знакопеременной нагрузки вдоль осп волокна (резонансный метод). [c.265] Производства углеродного волокна и соответственно воздействовать на параметры процесса). [c.266] Как было указано выше, дефекты волокна снижают его прочность. Из-за малого размера дефектов и большого их числа суммарное определение дефектов связано с большими трудностями. Для создания неразрушающего метода определения прочности необходимо установить взаимосвязь между структурой, дефектами и свойствами волокна. Эта задача необычайно сложная, если учесть, что дефекты имеют различные размеры, в которых с разной интенсивностью аккумулируются напряжения. [c.266] Механические свойства определяются особенностями структуры как анизотропных, так и изотропных углеродных волокон (см. [c.267] Высказываются различные и подчас противоречивые мнения о влиянии пористости на прочность волокна. Отчасти это объясняется тем, что в зависимости от характера пор (размера, формы) и их расположения в материале они по-разному влияют на прочность волокна. Большинство исследователей считает, что пористость снижает прочность волокна. [c.267] Вернуться к основной статье