1 Вовед
Епоксидниот композит (CFRP) зајакнат со јаглеродни влакна има многу предности како што се мала густина, висока специфична цврстина, висока специфична крутост, отпорност на замор, отпорност на корозија и добри механички својства. Широко се користи во воздухопловството и други еколошки груби структури, влажна топлина и удар. Влијанието на факторите на животната средина врз материјалите е сè поочигледно. Во последниве години, домашни и странски научници спроведоа голем број студии за ефектите на топлата и влажна средина врз CFRP композитите [1] и влијанието на ударот врз CFRP композитите. Студијата покажа дека влијанието на топлата и влажна средина врз CFRP композитите вклучува пластифицирање на матрицата [2, пукање [31 и ослабени својства на интерфејсот влакно-матрица [2'3'5], свиткување на CFRP композитот со зголемување на времето на влажна термичка обработка). Механичките својства на перформансите [2, оловни и меѓуслојни својства на смолкнување [2, 1 и статички затегнувачки својства [3'6'7] покажаа тренд на опаѓање. Woldesenbet et al. [8,9] ги проучувале механичките својства на композитите при високи стапки на деформација по влажна термичка обработка и откриле дека топлата и влажна средина ја подобрува отпорноста на композитите при удар. Откриено е дека апсорпцијата на влага од композитните материјали може да ги подобри механичките својства на материјалите при удар под одредени услови, што е сосема различно од експерименталните резултати под квазистатички услови. Тековната главна истражувачка работа е ефектот на влажната топлина (вклучувајќи потопување во вода) врз својствата на удар при мала брзина на композитите со матрица од смола зајакната со влакна. Пан Венге и сор. [10] ги проучувале компресивните својства на дводимензионални ткаени ламинати од фиберглас/епоксиден композит по удар со мала брзина на собна температура и под топли и влажни услови (потопување во вода на 65 °C). 4. Ламинатот во топла и влажна средина се добива по удар со мала брзина. Перформансите на компресија се значително намалени. Карасек и сор. [1] ги проучувале ефектите на влажноста и температурата врз влијанието на графитните/епоксидните композити и ги добиле во средини со ниска температура и собна температура. Влажноста има мал ефект врз почетната енергија и апсорпцијата на енергијата на оштетувањето. Јученг жонг и сор. [12,13] извршија тест на удар при мала брзина на композитни ламинати по влажна термичка обработка. Заклучено е дека топлата и влажна средина значително го намалува оштетувањето од удар на ламинатот. Подобрете ја отпорноста на удар на ламинатите. Кристина и сор. [14] го проучувале влијанието при мала брзина на арамидно-стаклени влакна/епоксиден композит по влажна термичка обработка (потопување во вода на 70 °C) и добиле помала површина на оштетување од удар по влажна термичка обработка. Ова предизвикува оштетување од деламинација во примерокот, кое апсорбира повеќе енергија за време на ударот и го инхибира формирањето на деламинација. Од горенаведеното може да се види дека влијанието на влажната топлинска средина врз оштетувањето од удар на композитните материјали има ефект на поттикнување и ефект на слабеење. Затоа, потребни се понатамошни истражувања и верификација. Во однос на ударот, Меи Жијуан и сор. [15] предложија и воспоставија двостепен (пенетрација на смолкнување и континуирана пенетрација) модел за анализа на динамиката на пенетрација на композитни ламинати зајакнати со влакна под удар со голема брзина. Гуипинг Жао и сор. [16] спроведоа три вида различни брзини (помали, еднакви и поголеми од балистичката гранична брзина) врз перформансите на ударот и оштетувањето на примерокот по три вида ламинати, но не го вклучија влијанието на влажната и топлата средина врз оштетувањето од ударот. Врз основа на горенаведената литература, поврзаното истражување за влијанието на влажната и топлата средина врз композитните ламинати зајакнати со влакна сè уште не е дополнително истражено. Во овој труд, беа проучени карактеристиките на оштетувањето од удар на ламинатите од јаглеродни влакна/епоксидни композити заситени со влажна топлина под услови на водена бања од 70 °C. Ефектите на топлата и влажната средина врз карактеристиките на дефект на композитите при удар беа анализирани со споредба со примероци на сува собна температура. Во експериментот, CFRP ламинатите беа погодени од CFRP ламинатите со 45 m/s, 68 m/s и 86 m/s. Беше измерена брзината пред и по ударот. Беше анализирано влијанието на топлата и влажната средина врз перформансите на апсорпција на енергија на ламинатите. За откривање на внатрешното оштетување на ламинатот беше користено ултразвучно C-скенирање, а беше анализирано и влијанието на брзината на ударот врз фрактурираната област. Скенирачкиот електронски микроскоп и ултра-длабочинскиот тродимензионален микроскопски систем беа користени за набљудување на мезоскопските карактеристики на оштетувањето на примерокот, а оштетувањето на примерокот беше анализирано според влажната топлинска средина. Влијанието на карактеристиките.
2 Експериментални материјали и методи
2. 1 Материјал и подготовка
Композитен материјал од епоксидна смола од јаглеродни влакна (T300/EMl 12), претходно имерзивно обезбеден од Jiangsu Hengshen Co., Ltd., еднослоен претходно имерзивно слој со дебелина од 0,137 mm со волуменски удел на влакна од 66%. Ламинатниот панел се поставува на подот од слојот. , големина 115 mm x 115 mln. Користен е процес на формирање на резервоар со топло пресување. Дијаграмот на процесот на стврднување подготвен со процесот е прикажан на Слика 1. Прво, зголемете ја температурата на живеалиштето од собна температура на 80 oC со брзина на загревање од 1 до 3 oC/мин, потоа одржувајте го топло 30 минути, загревајте на 130 oC со брзина на загревање од 113 oC/мин, одржувајте го топло на 120 минути, намалете на 600C со константна брзина на ладење, а потоа отстранете го притисокот и ослободете се, и ослободете се.
2. 2 Влажен термички третман
По подготовката на примерокот, примерокот беше влажно-термички обработен во согласност со спецификацијата HB 7401-96.171 „Експериментален метод за апсорпција на влага во влажна средина со композитен слој базиран на смола“. Прво, примерокот се става во термостатска комора за сушење на 70 степени C за да се исуши. Редовно мерејќи со ваги сè додека загубата на квалитет на примерокот не е стабилна на не повеќе од 0,02%, снимената вредност во овој момент е Инженерска сува маса G. По сушењето, примерокот се става во вода на 70 степени C за влажно-термичка обработка. Според спецификацијата HB 7401. Методот наведен во 96 „го мери квалитетот на примерокот секој ден, снимен како Gi, и ја евидентира промената на апсорпцијата на влага Mi. Изразот за апсорпција на влага на CFRP ламинатниот примерок е:
Формулата е детално опишана: Mi е апсорпцијата на влага на примерокот, Gi е квалитетот откако примерокот ќе ја апсорбира влагата, g, go е квалитетот на примерокот во сува состојба.
2. 3 експерименти со удар
Експериментот за удар со голема брзина на CFRP ламинатот беше спроведен на воздушен топ со голема брзина со дијаметар од 15 mm. Уредот за тестирање на удар со голема брзина (видете Слика 2) вклучува воздушен пиштол со голема брзина, уред за мерење на брзината со ласер пред и по ударот, тело на куршум, прицврстувач за инсталација на примерокот (горниот десен агол на Слика 2) и уред за безбедно враќање на телото на куршумот. Телото на куршумот е цилиндричен куршум со конусна глава (Слика 2), а волуменот на куршумот е 24,32 g со дијаметар од 14,32 mm; брзината на ударот е 45 m/s (енергија на удар 46 J), 68 m/s (енергија на удар 70 J), 86 m/s (енергија на удар 90 J) при удар.
2. 4 Детекција на оштетување на примероци
Откако ќе биде погодена од ударот, плочата со слој од ламинат од епоксиден композитен композитен слој од јаглеродни влакна се користи за откривање на внатрешното оштетување од удар на ламинатната плоча од CFRP, а проекциската површина на површината на оштетување од ударот се мери со софтверот за анализа на слики UTwim, а деталните карактеристики на уништувањето на попречниот пресек се набљудуваат со скенирачки електронски микроскоп и ултра-длабочински 3D микроскопски систем.
3 Резултати и дискусии
3. 1 Карактеристики на апсорпција на влага кај примероците
Вкупно 37,7 дена, просечната апсорпција на заситена влага е 1,780%, со стапка на дифузија од 6,183x10,7lllnl2/s. Кривата на апсорпција на влага на примерокот од CFRP ламинат е прикажана на Слика 3. Како што може да се види од Слика 3, почетната стапка на раст на апсорпцијата на влага на примерокот е линеарна, по линеарната фаза, стапката на раст на апсорпцијата на влага почнува да опаѓа, достигнувајќи ниво на стабилна состојба по околу 23 дена и достигнувајќи сатурација на апсорпција на влага по одреден временски период. Затоа, апсорпцијата на влага на примерокот е во согласност со двостепениот режим на апсорпција на влага: првата фаза на апсорпција на влага се должи на заедничкото дејство на температурата и влажноста, влагата низ самиот материјал содржи пори, дупки, пукнатини и други дефекти што се шират кон внатрешноста на материјалот; Дифузијата на вода е бавна и постепено достигнува сатурација во оваа фаза.
3. Очигледни карактеристики на уништување на двослојната ламинатна плоча
Брзина на удар од 86 m/s кога примерокот е преден и заден, профилот на очигледно уништување е мапиран, според примерокот на сува собна температура, влажен и топол сатурациски примерок е повеќе сличен на обликот на уништување, двата примерока во удар, поради пукнатините во основата, неговото уништување по должината на првиот слој на влакна има одредено лизгање. Ова предизвикува предниот дел да добие елиптична или правоаголна форма, и покрај тоа што може да се види пукнатината во подлогата, влакната може да се видат како се кршат. Според примерокот на сува собна температура, влажен и топол сатурациски примерок на задниот дел од обликот на уништување може да се види дека задниот дел по насоката на ударот има одредена испакнатина и претставува крстовидна пукнатина. Очигледно е дека фрактурата на влакната, пукнатината на основата и фрактурата на меѓуслојот (слојување) се три форми на уништување, последниот дел од влакното е подигнат, но не е скршен, само слоевитост и пукање на влакна/основа. Фрактурата на влакната е исто така различна, како што може да се види од споредбата на фронталните и задните оштетувања. Предниот дел предизвикува фрактура на влакната и подлогата поради компресија и смолкнување. Задниот дел е поради истегнување што предизвикува влакното да се скрши и да се слоевит подлогата. Слика 4 е брзина на удар од 45 m/s, 68 m/s, 86 m/s кога се скенира внатрешното оштетување на примерокот C. Областа означена со приближна тркалезна L сива линија во центарот на сликата е проектираната површина на дупката на оштетување. Црната линија над и под секоја мала табела ја означува површината за областа на лупење на задниот дел од примерокот. Областа означена со белата линија на слика (б) (г) (ѓ) е внатрешното оштетување на примерокот по должината на границата. Графиконот покажува дека енергијата на ударот се зголемува со зголемувањето на брзината на ударот. Ламинираната плоча е способна да апсорбира повеќе енергија за време на ударот (видете ја Слика 6 за специфични вредности), што резултира со зголемена површина на проекција на оштетување на ламинат: со споредување на примерокот на сува собна температура со сликата од примерокот со влажно-жешко заситување, може да се види дека постои внатрешно оштетување (бела линија) на примерокот произведено по должината на границата во состојбата на влажно-жешко заситување на примерокот, главно поради процесот на апсорпција. Пластифицирањето на подлогата во ламинатната плоча и слабеењето на интерфејсот влакно-база предизвикуваат границата да има одреден ефект врз ламинатната плоча за време на процесот на удар. Според сликата, површината на лупење наназад (црна линија) на примерокот во сува состојба не се разликува многу од состојбата на влажна топла сатурација.
3. Деталните деструктивни карактеристики на 3-слојниот панел
Мапата на карактеристиките на оштетување на попречниот пресек на споената плоча на CFRP слојот, направена од ултра-длабокиот 3D микросистем и скенирачкото електронско огледало, со брзина на удар од 45 m/s, сува, влажна и топла, покажува дека оштетувањето на примерокот во обете состојби вклучува три форми на уништување: фрактура на влакната, пукнатини на базата и фрактура на меѓуслојот. Но, основата на двата примерока е напукната различно. Пукањето на подлогата во сува состојба е напукнато на спојот помеѓу влакното и подлогата. Сепак, пукањето на подлогата по влажната термичка обработка е придружено со паѓање на фрагменти од подлогата. Wold-esenbet и други материјали во влажна и топла средина на ударните перформанси на структурата на структурата и деградацијата на интерфејсот на влакнестата подлога заеднички утврдени, во влажна топла средина, CFRP слојната плоча во смолестата база доживува апсорпција на одредена количина вода, протекувањето на водата ќе предизвика растворање на смолестата подлога. Јаглеродните влакна не се апсорбирачки, тогаш мора да има влажно ширење помеѓу двете, оваа разлика го ослабува интерфејсот помеѓу подлогата и влакното, ја намалува цврстината на подлогата. Кога се изложени на ударно оптоварување, фрагментите од подлогата лесно се испуштаат, што резултира со разлика во површината на оштетување од примерокот на сува собна температура. Од деталната структура на скенираното електрично огледало, може да се види дека пукањето на влажното и топлото тело на основата е главно лабаво пукање на прекинот на пресата, додека пукањето пред влажната топлина е главно кршливо, а хоризонталната пукнатина помеѓу слоевите е поочигледна. Од оптичкиот микроскоп на сликата, може да се види дека формите на уништување се различни во двата случаи, а сувата состојба е уништување по сечење. За да се сече уништувањето главно, по влажната топлина за формата на уништување придружено со значително слоевито уништување, пропорцијата на слоевитото уништување се прошири. Ова може да се види од аголот на механизмот на уништување и карактеристиките на апсорпција на енергија. Меи Жијуан предложи две фази на инвазија на проектилот: фаза на сечење и фаза на континуирана инвазија. Областа А во влажниот топол примерок е фаза на уништување на инвазија на смолкнување, главно затоа што во процесот на удар, плочата за слоевито формирање е компресирана и смолчена, а површината b е континуирано уништување на фазата на инвазија. Оваа фаза главно се должи на намалувањето на брзината на упаѓање на телото на куршумот под дејство на компонентата на истегнување на фиброзниот слој, а енергијата главно се претвора во енергија на истегнување на деформацијата на влакното и енергија на фрактура на меѓуслојот (l 51), така што кинењето на влакното el и претходното кинење на влакното не се во права линија. Во сувиот примерок, овој феномен не е очигледен, а оштетувањето на плочата е посериозно, слојната плоча има состојба на пукање. 3. 4 Енергија на апсорпција и анализа на површината на проекција на оштетување на дупката Слика 5 ја покажува врската помеѓу температурата на сува соба и влажната топла заситеност на брзината на лансирање и загубата на енергија на телото, при брзина на инцидент од околу 45 m/s, температурата на сува соба на куршумот целосно отскокнува, па затоа не е прикажано на сликата. Како што може да се види од Слика 7, кога тестот се тестира под влажна термичка заситеност, загубата на енергија на куршумот е сериозна, а капацитетот на вшмукување на примерокот по влажната термичка обработка се зголемува.
Слика 6 е графички дијаграм на површината на проекција на брзината на инцидентот на телото на куршумот и дупката на оштетување на CFRP слојот (сивата линија означува дел од Слика 4), сеопфатната слика (4), (5), (6) може да се види: (1) со зголемување на брзината на удар, површината на проекција на дупката на оштетување на CFRP слојот се зголемува; (2) Површината на проекција на дупката на оштетување во примерокот на сува собна температура е поголема од онаа на влажно топло сатурација; (3) кога брзината на удар е околу 45 m/s, површината на проекција на дупката на оштетување на ламинираната плоча по влажна термичка обработка е многу поголема од површината на проекција на дупката на оштетување на ламинираната плоча во состојба на сува собна температура. Површината на проекција на дупката на оштетување на примерокот на влажно термичко сатурација се зголеми за 85,1% и при брзина на удар од околу 68 m/s, ламинираната плоча во влажна и термичка сатурација се зголеми за 18,10%, вредноста на апсорпција (Слика 5) се зголеми за 15,65%; При брзина на удар од околу 88 m/s, ламинираната плоча во влажна и термичка сатурација се намали за 9,25%, а вредноста на апсорпција сепак се зголеми за 12,45%.
Врз основа на резултатите од истражувањето на Yucheng Zhong и други производи, апсорпцијата на влага од композитните материјали зајакнати со јаглеродни влакна ја подобрува еластичната граница и отпорноста на удар на ламинатната плоча и ја комбинира проектираната површина на дупката на оштетување на примерокот на сува собна температура и примерокот со влажен топол сатурација во овој труд (Слика 4 на сивата линија). Дијаграмот на врската помеѓу брзината на инцидентот на телото на куршумот и површината на проекција на дупката на оштетување на CFRP слојот, и слоевитото оштетување на спојната плоча на CFRP слојот може да се спореди кога брзината на удар е иста и ниска. Површината на оштетената дупка на примерокот со влажен топол сатурација е релативно голема. Ова се должи на влажната термичка обработка што ја прави пластификацијата на подлогата на CFRP слојот, ослабувајќи го интерфејсот на влакната и подлогата и перформансите на меѓуслојот. При удар, состојбата на влажна сатурација на топлината на примерокот ја зголемува експанзијата на слоевитото оштетување, со што се зголемува процентот на оштетување. Врз основа на Ву Јиксуан и други експерименти, се знае дека енергијата на ударот во вертикалната насока на поплочување главно се апсорбира од смолестата подлога, а потоа пластифицирањето на подлогата го прави влажниот и топол сатуриран примерок да апсорбира повеќе енергија за време на процесот на удар, ја подобрува отпорноста на удар и ја зголемува површината на проекција на дупката на оштетување; оштетувањето на CFRP ламинат не е целосно продолжено, ударот е завршен, па кога брзината на ударот е поголема, влажната термичка обработка на површината на проекција на оштетувањето на CFRP ламинат повеќе не е сериозна, но поради пластифицирањето на смолата на подлогата, капацитетот на апсорпција е сè уште зголемен.
4 Заклучоци
(1) Со зголемување на брзината на ударот, проектираната површина на дупката на оштетување на ламинатот од епоксидна смола зајакнат со јаглеродни влакна (CFRP) се зголемува, а стапката на раст на дупката на оштетување 孑L во примерокот на сува собна температура е поголема отколку при заситеност со влажна топлина. Голема: (2) Кога брзината на ударот е 45 m/s, површината на проекција на оштетување на CFRP ламинатот во состојба на заситеност со влажна топлина се зголемува за 85,11%, кога брзината на ударот е 68 m/s, површината на проекција на оштетување на CFRP ламинатот во состојба на заситеност со влажна топлина се зголемува за 18% во споредба со CFRP ламинатот во состојба на сува собна температура. 10%, брзината на ударот е 86 m/s. Површината на проекција на оштетување на навлажнето-заситен cFRP ламинат е намалена за 9,9% во споредба со ламинатот cFRP на сув собна температура. 25%; (3) Откако ламинатот од cFRP ќе биде под влијание на топла и влажна средина, меѓуслојните перформанси на ламинатот се намалуваат, што резултира со проширување на површината за деламинација.
Време на објавување: 24 јуни 2019 година