Разработка полимерного композиционного материала с повышенной трещиностойкостью

• Автор: Бологов, Дмитрий Владиславович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание

Введение
1. Анализ состава и свойств полимерных композиционных материалов
1.1. Общие представления о композиционных материалах и
их разновидности
1.2. Полимерные композиционные материалы
1.3. Основные виды связующих для изготовления ПКМ
1.4. Основные типы конструкционных ПКМ и их свойства
1.5. Выбор полимерного композиционного материала
2. Разработка углепластика на основе эпоксидного связующего с повышенными эксплуатационными свойствами
2.1. Критерии роста трещин и параметры трещиностойкости материалов
2.2. Исследование влияния модифицирования каучуком на свойства эпоксидного углепластика
2.2.1. Влияние модифицирования каучуком на свойства свіЙуюіцего
2.2.2. Методики проведения испытаний на трещиностойкость
2.3. Экспериментальное определение физико-механических свойств
материала в зависимости от степени модификации каучуком
2.3.1. Определение межслоевой вязкости разрушения Gte
2.3.2. Определение межслоевой вязкости разрушения GBc
2.3.3. Определение прочности углепластика при изгибе а„.„ и
модуля упругости Е
2.3.4. Определение прочности при растяжении сгв
2.3.5. Определение сдвиговой прочности т

3. Разработка технологии изготовления упругих элементов динамического протеза голени из ПКМ на основе углеродного наполнителя
3.1. Выбор технологии изготовления упругих элементов динамического протеза голени
3.2. Прочностной расчет упругих элементов динамического протеза голени
3.2.1. Проектировочный расчет упругих элементов на изгиб
3.2.2. Расчет области упругого элемента, ослабленной отверстием
3.2.3. Проверочный расчет на касательные напряжения
3.2.4. Результаты расчета
3.3. Изготовление действующего образца динамического протеза голени
4. Определение параметров ходьбы на динамическом протезе голени
4.1. Элементы кинематики и динамики ходьбы человека
4.2. Методика проведения биомеханических испытаний
4.3. Анализ результатов испытаний
Выводы
Литература
Введение
В настоящее время в самых различных отраслях промышленности, таких как авиационная и ракетно-космическая, автомобилестроение, химическое машиностроение, металлургия и многие другие широко используются полимерные композиционные материалы (ПКМ), в частности, углепластики.Также в последнее время ПКМ находят применение и при изготовлении изделий медицинского назначения, в частности, в протезировании. Пластики на основе полимерных связующих характеризуются большой степенью реализации свойств волокон, и, соответственно, высокими прочностью при растяжении, сжатии, изгибе, усталостной прочностью и модулем упругости. В частности, углепластики имеют модули упругости, близкие к сталям и превосходящие их, а по удельной жест-кос_ти и прочности могут в несколько раз превосходить промышленные металлы. Во многих случаях, когда от изделия требуется высокая несущая способность при минимальном весе, высокопрочные и высокомодульные пластики оказываются эффективнее металлов.
В то же время, одним из заметных недостатков ПКМ (в частности, наиболее распространенных - на основе эпоксидных матриц) является невысокая трещи-ностойкость, обусловленная небольшой долей пластической деформации, что приводит к снижению эксплуатационных характеристик изделий из полимерных материалов.
Одним из способов повышения пластичности матрицы может являться ее модифицирование каучуками, которые способны в определенных количествах вступать в химическое взаимодействие с полимерами и эластифицировать их жесткую сетку. В то же время, известно, что введение каучуков снижает прочностные свойства материалов. Таким образом, весьма важной является задача повышения трещиностойкости ПКМ при минимально возможном уменьшении упруго-прочностных характеристик материала.

ками будет значительно. Прочность при сжатии углепластиков и стеклопластиков сопоставима, но превосходит прочность органопластиков в 2-4 раза. Изгиб-ная же прочность углепластиков однозначно является самой высокой - даже самые низкие ее значения не уступают лучшим среди стеклопластиков, а лучшие среди органопластиков превосходят в 1,5-2 раза. Усредненные же значения прочности на изгиб углепластиков превышают те же для стеклопластиков на 20-40%, а для органопластиков - на 80-100%.
По модулю упругости Е значения среди основных видов ПКМ распределяются следующим образом: углепластики - 120-180 ГПа (значения для однонаправленных материалов, для материалов с ткаными наполнителями значения несколько ниже - 70-100 ГПа), органопластики - 25-65 ГПа, стеклопластики - 25-55 ГПа. Соответственно, более высокие упругие свойства углепластиков также вполне очевидны. При этом, даже если говорить только о тканых материалах, модули упругости углепластиков превышают модули упругости стекло- и органопластиков приблизительно на 100%.
Помимо этого, материал не должен обладать высокими влагопоглощением и токсичностью.
Особенности полимерных материалов и наличие в ПКМ достаточно заметного количества пор предполагает существенные уровни влагопоглощения пластиков. Наличие же влаги внутри ПКМ может в значительной степени ухудшить его прочностные свойства. Поэтому для материала, в процессе эксплуатации изделий из которого возможно постоянное контактирование с жидкостями вопрос влагопоглощения материала имеет немаловажное значение. Наименьшим влагопоглощением обладают стеклопластики - 0,2-0,65% (за 30 суток), влаго-поглощение углепластиков находится в пределах - 0,5-1%. Уровень же безопасного содержания влаги в углепластиках составляет 0,6-0,7%. Дальнейшее его увеличение может привести к снижению упруго-прочностных характеристик материала (до 15-20%, но такое изменение возможно только при высоких рабо-