Русский
English 120-136 стр.
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 термо-пластичной 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.
1. Королевич В.В. Перспективы использования композитных материалов в машиностроительных и авиакосмических конструкциях // Технологическая независимость Союзного государства и конкурентоспо-собность. 2023. Т. 2. С. 220 – 224.
2. Hegde S., Satish Shenoy B., Chethan K.N. Review on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and their me-chanical 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. Перспекти-вы 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 матери-алы конструкционного назначения с функциональными свойствами // Авиационные материалы и техноло-гии. 2017. № 5. С. 405 – 419.
6. Валуева М.И., Гуляев И.Н. Обзор публикаций по разработкам лопаток из полимерных композицион-ных 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 конструк-ционных 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 con-ductivity 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 ma-terials // 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 mechani-cal 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 tough-ened 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 введе-нием 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 по-крытия. 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 // Com-posites 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 эксперимен-тальными 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 poly-sulfone // 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 delamina-tion resistance of cross-ply CFRP laminates under low velocity impact // International Journal of Impact Engineer-ing. 2021. Vol. 157. P. 103997.
27. Beylergil B., Tanoğlu M., Aktaş E. Effect of polyamide-6,6 (PA 66) nonwoven veils on the mechanical per-formance 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 me-chanics 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 fi-bre 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 по-лимерного 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.
2. Hegde S., Satish Shenoy B., Chethan K.N. Review on carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and their me-chanical 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. Перспекти-вы 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 матери-алы конструкционного назначения с функциональными свойствами // Авиационные материалы и техноло-гии. 2017. № 5. С. 405 – 419.
6. Валуева М.И., Гуляев И.Н. Обзор публикаций по разработкам лопаток из полимерных композицион-ных 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 конструк-ционных 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 con-ductivity 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 ma-terials // 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 mechani-cal 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 tough-ened 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 введе-нием 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 по-крытия. 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 // Com-posites 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 эксперимен-тальными 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 poly-sulfone // 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 delamina-tion resistance of cross-ply CFRP laminates under low velocity impact // International Journal of Impact Engineer-ing. 2021. Vol. 157. P. 103997.
27. Beylergil B., Tanoğlu M., Aktaş E. Effect of polyamide-6,6 (PA 66) nonwoven veils on the mechanical per-formance 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 me-chanics 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 fi-bre 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 по-лимерного 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.
Кондратьева А.А., Морозов О.С., Эрдни-Горяев Э.М., Афанасьева Е.С., Бабкин А.В., Кепман А.В., Авдеев В.В. Повышение стойкости к ударным нагрузкам полимерного композиционного материала на основе эпоксидного препрега за счет добавления нетканого материала на основе полиамида 12 // Chemical Bulletin. 2024. Том 7. № 3. С. 120 – 136. https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-3-120-136