Повышение стойкости к ударным нагрузкам полимерного композиционного материала на основе эпоксидного препрега за счет добавления нетканого материала на основе полиамида 12


Цитировать

Полный текст

Аннотация

исследовано влияние введения нетканого материала из полиамида ПА 12-Э на механические свойства полимерных композиционных материалов на основе эпоксидного автоклавного препрега Т107. Наличие нетканого материала незначительно снижает температуру стеклования до 171 ℃, что не влияет возможность применения материала до максимальной эксплуатационной температуры в 120 ℃. Исследование срезов композитов электронной микроскопией выявило равномерное распределение термопластичной фазы между слоями углеродной ткани, а также высокую адгезию полиамида к эпоксидной матрице. Показано, что введение нетканого материала не приводит к снижению механических свойств композитов. Основным преимуществом композитов на основе нетканого материала является повышенное сопротивление к ударным нагрузкам. При свободном ударе с энергией 6,67 Дж на 1 мм образца у образца без нетканого материала наблюдается сквозной пробой с разрушением волокон, в то время как у образца с нетканым материалом разрушение носит характер расслоения без повреждения волокон. Предел прочности при сжатии после удара вырос с 257 до 326 МПа при введении нетканого материала. В итоге, предложенная модификация коммерческого препрега позволит расширить область применения материала и повысить безопасность, в первую очередь, в конструкциях летательных аппаратов.

Об авторах

А. А Кондратьева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

ORCID iD: 0000-0002-2892-522X

О. С Морозов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

ORCID iD: 0000-0003-3852-1066

Э. М Эрдни-Горяев

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

ORCID iD: 0009-0004-9998-4982

Е. С Афанасьева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

ORCID iD: 0009-0008-5491-1156

А. В Бабкин

ООО «ИТЕКМА»

ORCID iD: 0000-0003-2309-4524

А. В Кепман

ООО «ИТЕКМА»

ORCID iD: 0009-0007-7050-9274

В. В Авдеев

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

ORCID iD: 0000-0001-5573-2987

Список литературы

  1. Королевич В.В. Перспективы использования композитных материалов в машиностроительных и авиакосмических конструкциях // Технологическая независимость Союзного государства и конкурентоспособность. 2023. Т. 2. С. 220 – 224.
  2. Hegde S., Satish Shenoy B., Chethan K.N. Review on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and their mechanical performance // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 19. P. 658 – 662.
  3. Zheng H., Zhang W., Li B., Zhu J., Wang C., Song G., Wu G., Yang X., Huang Y., Ma L. Recent advances of interphases in carbon fiber-reinforced polymer composites: A review // Composites Part B: Engineering. 2022. Vol. 233. P. 109639.
  4. Калгин А.В., Калинин Ю.Е., Кудрин А.М., Малюченков А.В., Панин Ю.В., Ситников А.В. Перспективы развития производства авиационных деталей из полимерных композиционных материалов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2011. Т. 7. С. 146 – 153.
  5. Кондрашов С.В., Шашкеев К.А., Петрова Г.Н., Мекалина И.В. Полимерные композиционные материалы конструкционного назначения с функциональными свойствами // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 5. С. 405 – 419.
  6. Валуева М.И., Гуляев И.Н. Обзор публикаций по разработкам лопаток из полимерных композиционных материалов для вентилятора авиационного двигателя // Вестник машиностроения. 2019. № 2 (306). С. 34 – 41.
  7. Крылов В.Д., Яковлев Н.О., Курганова Ю.А., Лашов О.А. Межслоевая трещиностойкость конструкционных полимерных композиционных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2016. № 1 (40). С. 79 – 85.
  8. Li Y., Hori N., Arai M., Hu N., Liu Y., Fukunaga H. Improvement of interlaminar mechanical properties of CFRP laminates using VGCF // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2009. Vol. 40, № 12. P. 2004 – 2012.
  9. Li H., Chen W., Xu J., Li J., Gan L., Chu X., Yao Y., He Y., Li B., Kang F., Du H. Enhanced thermal conductivity by combined fillers in polymer composites // Thermochimica Acta. 2019. Vol. 676. P. 198 – 204.
  10. Колобков А.С. Влияние нетканых термопластичных материалов на прочность слоистых полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. № 9. С. 44 – 51.
  11. Zhang J., Wang Y., Wang X., Ding G., Pan Y., Xie H., Chen Q., Cheng R. Effects of amino-functionalized carbon nanotubes on the properties of amine-terminated butadiene-acrylonitrile rubber-toughened epoxy resins // Journal of Applied Polymer Science. 2014. Vol. 131. № 13. P. 1 – 7.
  12. Newman B., Creighton C., Henderson L.C., Stojcevski F. A review of milled carbon fibres in composite materials // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2022. Vol. 163. P. 107249.
  13. Dong J., Jia C., Wang M., Fang X., Wei H., Xie H., Zhang T., He J., Jiang Z., Huang Y. Improved mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy composites by growing carbon black on carbon fiber surface // Composites Science and Technology. 2017. Vol. 149. P. 75 – 80.
  14. Pappa E.J., Quinn J.J., Murray J.J., Davidson J.R., O’Bradaigh C.M., McCarthy E.D. Experimental study on the interlaminar fracture properties of carbon fibre reinforced polymer composites with a single embedded toughened film // Polymers. 2021. Vol. 13. № 23.
  15. Sohn M.S., Hu X.Z. Mode II delamination toughness of carbon-fibre/epoxy composites with chopped Kevlar fibre reinforcement // Composites Science and Technology. 1994. Vol. 52. № 3. P. 439 – 448.
  16. Кутовая И.В., Полякова Д.И., Эрдни-Горяев Э.М., Липатов Я.В., Афанасьева Е.С., Морозов О.С., Бабкин А.В., Кемпан А.В. Повышение трещиностойкости углепластиков на основе фталонитрилов введением нетканых полиамидных материалов // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2023. Т. 65. № 5. С. 363 – 371.
  17. Кутовая И.В., Алексанова А.А., Эрдни-Горяев Э.М., Липатов Я.В., Афанасьева Е.С., Морозов О.С., Бабкин А.В., Кемпан А.В. Повышение трещиностойкости углепластиков введением термопластичной фазы в эпоксидную матрицу // Журнал прикладной химии. 2023. Т. 96. № 4. С. 403 – 412.
  18. Мейрбеков М.Н., Исмаилов М.Б. Влияние каучука на механические свойства эпоксидной смолы и углепластика (обзор) // Вестник машиностроения. 2020. № 1 (312). С. 11 – 21.
  19. Водовозов Г.А., Мараховский К.М., Костромина Н.В., Осипчик В.С., Аристов В.М., Кравченко Т.П. Разработка эпокси-каучуковых связующих для создания армированных композиционных материалов // Пластические массы. 2017. № 5-6. С. 9 – 13.
  20. Кузнецова В.А. Влияние эластомерного модификатора на механические и вязкоупругие свойства эпоксидно-каучуковых композиций для эрозионностойких покрытий // Защитные и функциональные покрытия. 2020. Т. 2. № 59. С. 56 – 62.
  21. Zhang J., Xie X. Influence of addition of silica particles on reaction-induced phase separation and properties of epoxy/PEI blends // Composites Part B: Engineering. 2011. Vol. 42, № 8. P. 2163 – 2169.
  22. Zhou S., Chen Z., Tusiime R., Cheng C., Sun Z., Xu L., Liu Y., Jiang M., Zhou J., Zhang H., Yu M. Highly improving the mechanical and thermal properties of epoxy resin via blending with polyetherketone cardo // Composites Communications. 2019. Vol. 13. P. 80 – 84.
  23. Palazzetti R., Zucchelli A. Electrospun nanofibers as reinforcement for composite laminates materials – A review // Composites Structures. 2017. Vol. 182. P. 711 – 727.
  24. Новиков Г.В. Оценка межслоевой трещиностойкости армированных слоистых ПКМ экспериментальными и численными методами: дис. … канд. техн. наук: 05.16.09. М., 2020. 128 с.
  25. Mujika F., De Benito A., Fernandez B., Vazquez A., Llano-Ponte R., Mondragon I. Mechanical properties of carbon woven reinforced epoxy matrix composites. A study on the influence of matrix modification with polysulfone // Polymer Composites. 2002. Vol. 23, № 3. P. 372 – 382.
  26. Ramji A., Xu Y., Yasaee M., Grasso M., Webb P. Influence of veil interleave distribution on the delamination resistance of cross-ply CFRP laminates under low velocity impact // International Journal of Impact Engineering. 2021. Vol. 157. P. 103997.
  27. Beylergil B., Tanoğlu M., Aktaş E. Effect of polyamide-6,6 (PA 66) nonwoven veils on the mechanical performance of carbon fiber/epoxy composites // Composites Structures. 2018. Vol. 194. P. 21 – 35.
  28. Brugo T., Palazzetti R. The effect of thickness of Nylon 6,6 nanofibrous mat on Modes I–II fracture mechanics of UD and woven composite laminates // Composites Structures. 2016. Vol. 154. P. 172 – 178.
  29. Gulyaev A.I., Yakovlev N.O., Oreshko E.I. Fractography features of interlaminar crack growth in carbon fibre reinforced plastic under various mode loading // Труды ВИАМ. 2019. № 12. С. 99 – 108.
  30. Кудрин А.М., Караева О.А., Габриельс К.С., Солопченко А.В. Определение предела прочности полимерного композиционного материала на сжатие после удара в соответствии со стандартом ASTM D 7137 // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2018. Т. 14. № 2. С. 164 – 169.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).