Ультразвуковое устройство контроля соотношения "наполнитель-связующее" системы управления процессом формирования изделий из композиционных материалов

• Автор: Диденко, Борис Александрович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Основные обозначения и сокращения

ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ НАМОТКИ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Полимерные композиционные материалы

1.2 Особенности технологического процесса формообразования

изделий из композиционных материалов методом намотки

1.3 Требования к устройствам контроля содержания связующего со стороны системы управления
1.4 Методы и устройства контроля соотношения наполнитель связующее в композиционном материале

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОБЪЕКТА С ЦЕЛЬЮ ВЫБОРА ИНФОРМАТИВНОГО ПАРАМЕТРА ДЛЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО СПОСОБА И УСТРОЙСТВА
2.1 Выбор информативного параметра
2.2 Способ ультразвукового контроля содержания связующего в движущейся ленте из жгутов армирующих волокон
2.3 Методическая погрешность измерения содержания связующего в пропитанной ленте
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ПЬЕЗОИЗЛУЧАТЕЛЬ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ПЬЕЗОПРИЕМНИК
3.1 Программное моделирование системы пьезоизлучатель композиционный материал пьезоприемник
3.2 Дифференциальные уравнения движения армирующих нитей
3.3 Модель волокнистого композиционного материала на основе механического подобия
3.4 Пьезоэлектрические преобразователи
3.5 Адекватность компьютерной модели
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4 УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СООТНОШЕНИЯ НАПОЛНИТЕЛЬ СВЯЗУЩЕЕ
4.1 Функциональная схема и алгоритм функционирования
4.2 Нитетракт устройства
4.3 Погрешности измерения содержания связующего
4.4 Результаты внедрения устройства
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Высокопрочные волокна на основе ароматических полиамидов [] (ара-мидов) обладают уникальными свойствами: низкой плотностью, высоким модулем упругости, высокой прочностью, термостабильностыо, негорючестью, высокими диэлектрическими свойствами и хорошей стойкостью при ударных воздействиях. Органические волокна получают из концентрированных арамид-ных полимеров формованием через фильеры. В зависимости от состава полимера и метода формования получают органические волокна, имеющие плотность от до кг/м3 и модуль упругости от до 0 ГПа. Например, материал марки Армос имеет следующие механические характеристики: плотность кг/м3, модуль упругости 0 - 2 ГПа и прочность при растяжении - МПа. Органические волокна технологичны и мало чувствительны к повреждениям, однако хуже совмещаются с полимерными связующими, чем стеклянные. Углеродные волокна [, ] обладают уникальными физико-химическими и механическими свойствами, что предопределяет разнообразные области их применения. Производятся углеродные волокна, имеющие прочность при растяжении от 2 до 3,5 ГПа и модуль упругости от 0 до 0 ГПа. Углеродные волокна подразделяют на карбонизированные (содержание углерода - %) и графитизированные (содержание углерода до %). Углеродные волокнистые материалы могут иметь разнообразную форму. Они изготавливаются в виде нитей бесконечной длины, жгутов или лент. Конечная форма углеродного материала определяется формой исходного сырья. Исходными материалами для получения углеродных волокон являются химические волокна (например, поли-акрилонитрильные), некоторые полимеры и смеси органических соединений, богатые углеродом - каменоугольные смолы и нефтяные пеки. Процесс получения углеродных волокон [ ] включает в себя три основные стадии термического преобразования органических веществ в углерод: обугливание (пиролиз), карбонизацию и графитацию. Карбонизация и графита-ция волокон проводятся при строго регулируемых температурных и временных режимах в инертной среде. Пиролиз - термическая обработка при температурах, достигающих 0 - 0 °С. В этой области температур протекают основные химические реакции, и происходит наибольшая потеря массы материала. На этой стадии получается предматериал, участвующий в образовании углеродного скелета волокна. На стадии карбонизации (до °С) продолжаются химические процессы, в результате которых волокна обогащаются углеродом и изменяются их физико-механические характеристики. На стадии графитации углеродные волокна подвергаются высокотемпературной обработке. Конечная температура графитации достигает °С. В процессе графитации содержание углерода в волокнах возрастает до %. Из композиционных материалов на основе углеродных волокон изготавливают ответственные изделия, эксплуатируемые в условиях интенсивного теплового воздействия; уникальные по своим физико-механическим характеристикам сетчатые конструкции; терморазмеростабильные конструкции, предназначенные для размещения оптико-электронных приборов, антенных устройств, датчиков системы ориентации на космических аппаратах. Одним из важнейших компонентов КМ является связующее вещество. В качестве связующих используются композиции из полимерных и мономерных соединений, включающие различные добавки. Связующее пропитывает наполнитель и после отверждения склеивает между собой отдельные волокна и слои наполнителя, обеспечивая их совместную работу в пластике. Для выполнения этой функции связующее должно удовлетворять ряду требований, среди которых наиболее важными являются: хорошая смачивающая способность и адгезия к волокнам наполнителя, малая усадка при отверждении, устойчивость вязкостных свойств в течении длительного времени и так далее. Связующее определяет многие свойства пластика — стойкость против воздействия воды, воздуха, химических веществ, температуры, его прочностные характеристики. Так, прочностные характеристики материала матрицы являются определяющими при сдвиговых нагрузках, нагружении композиции в направлениях, отличных от ориентации волокон и при циклическом нагружении, а природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита. В качестве связующего наиболее широко применяются полиэфирные, фенольные, эпоксидные смолы и компаунды.