WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 4 ] --

Изготовление конструкций из КМ с использованием пропиточных Технологии пропитки, применяемые для изготовления изделий из КМ, основаны на впрыске связующего за счет разности давлений и обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционно применяемыми методами. Они обеспечивают лучшее объемное содержание компонент, не допуская избытка связующего, что позволяет получить более высокие значение жесткостных и прочностных характеристик КМ, а также являются более экологичными и ресурсосберегающими способами производства.

В то же время, на различных этапах технологического процесса изготовления изделия из КМ с применением технологий пропитки возможно образование внутренних дефектов материала различной природы. Выкладываемый в сухом виде армирующий компонент КМ может иметь повреждения волокнистой структуры, отклонения от номинальных углов выкладки, заломы и замятия, сохраняющиеся в объеме материала после осуществления пропитки. В то же время при прохождении фронта пропитки возможно образование зон с недостаточным содержанием связующего, что является следствием неправильной установки штуцеров системы впрыска смолы или недостаточного вакуумирования пакета. Данные дефекты могут быть определены с помощью различных методов НК, что позволит вносить коррективы в технологический процесс изготовления, повышая качество материала и его физико-механические характеристик, будет способствовать сохранению несущих и ресурсных свойств изделия.

Таким образом, при использовании любой из рассмотренных технологий изготовления агрегатов и изделий из КМ существует вероятность образования внутренних дефектов армирующей и матричной компонент материала, в связи с чем возрастает актуальность использования современных методов НК конструкций из КМ. Данные, полученные при проведении НК, дают возможность изменять параметры технологического процесса изготовления изделий из композитов, повышая качество внутренней структуры материала конструкции, его физические, механические и эксплуатационные характеристики.

Дефекты внутренней структуры слоистых волокнистых КМ по отношению к компоненте материала подразделяют на дефекты армирующей структуры (волокна) и матричной структуры (связующее). Поскольку КМ – это двух- или многофазный материал, то появление микро- и макродефектов внутренней структуры КМ связано с несколькими факторами. К ним относятся следующие основные группы факторов:

Качество исходного сырья для компонент КМ;

Степень соблюдения технологического процесса изготовления КМ, а также качество разработанного техпроцесса;

Повреждаемость конструкции из КМ в процессе эксплуатации.

Для оценки степени поврежденности структуры в настоящее время применяют различные методы НК конструкций из КМ. Особенности каждого из методов позволяют использовать их на различных этапах контроля для выявления дефектов внутренней структуры материала. Классифицируем основные группы дефектов, определим природу и причины их возникновения, а также рассмотрим применяемые методы НК, наиболее эффективные для их обнаружения.

Качество исходного сырья, применяемого в производстве КМ, оценивается и контролируется на этапе входного контроля. Для связующего входной контроль оценивает такие физические свойства, как вязкость смолы, степень её желатинизации, содержание влаги и летучих компонент. Основными факторами, вызывающими образование дефектов матричной структуры материала, регистрируемых на этапе входного контроля, являются:

Нарушение температурного режима хранения связующего;

Нарушение диапазона значений влажности при хранении смолы;

Нарушение химического состава связующего по содержанию входящих в него компонент, Появление инородных включений в объеме связующего – пыль, дисперсионные частицы и др.

Основными методами НК для контроля качества матричной компоненты КМ на этапе входного контроля являются ультразвуковой и радиоволновой методы. С их помощью оценивается качество смолы, поступившей для изготовления конструкции из КМ, её химический состав и некоторые физические параметры связующего – плотность, вязкость и др.

Эти методы используются для контроля химического состава связующего при выявлении изменений адгезионных и физико-механических свойств смолы, что может привести к появлению зон непропитки, потере адгезионного взаимодействия в структуре слоя КМ и образованию расслоений между монослоями.

При предполагаемой недостаточной адгезии матрицы и армирующего наполнителя в качестве метода НК эффективен тепловизионный метод, позволяющий оценить степень гидрофобно-адгезионной обработки волокон.

Для армирующей компоненты КМ на этапе входного контроля определяют такие факторы, как порывы отдельных волокон или групп, сохранение постоянства диаметра волокна (филаментов), наличие трещин на поверхности волокна, внутренние пустоты, если это не предусмотрено в паспорте на наполнитель.

Для выявления указанных повреждений применяют радиационные, ультразвуковые и отчасти тепловизионный методы НК.

Высока вероятность появления дефектов различной природы в процессе формования изделия из КМ на полимерных термореактивных и термопластичных матрицах. Т.к. КМ – это двух- или многофазный материал, то в ходе техпроцесса изготовления конструкции необходимо осуществить совмещение армирующей и матричной компонент, обеспечить равномерное распределение связующего между волокнами слоя, выдержать объемное соотношение компонент, поддерживать необходимые режимы по температуре и давлению для наилучшей полимеризации матрицы и адгезии компонентов КМ между собой.





Дефекты связующего, появление которых возможно на этапе формования изделия из КМ, выражаются в недоотверждении смолы и её неравномерном распределении, избытках матрицы в локальных зонах, растрескивании смолы, образовании пор, возникновении внутренних усадочных напряжений, а также в недостаточном удалении летучих компонент связующего из материала в процессе полимеризации.

Дефекты матричной компоненты КМ влияют на равномерность включения в работу волокнистой структуры материала, снижают сдвиговую прочность и модуль упругости КМ на сдвиг. Объемные поры и микротрещины являются концентраторами напряжений, способствующими дальнейшему разрушению связующего под нагрузкой, что снижает ресурс изделия в целом.

Для выявления дефектов связующего применяют акустические, радиоволновые, тепловые, визуальные и оптические методы НК. Внутренние и поверхностные трещины, расслоения и поры надежно обнаруживаются ультразвуком, однако при наличии множественных дефектов по толщине их выявление с помощью акустических методов затруднительно из-за отражения волн, изменения параметров волнового излучения, а также из-за затухания акустической волны в объеме КМ. Для идентификации дефектов матричной компоненты КМ также используются тепловизионный метод контроля и КРТ, которая является радиационным методом НК изделий из КМ.

Дефекты армирующей компоненты КМ на этапе формования изделия проявляются в виде расслоений между слоями (нарушение монолитности КМ), образовании складок монослоёв, замятий, разрывов волокон в процессе выкладки, частичных короблений, вызываемых внутренними температурными остаточными напряжениями после формования, вызываемые различными значениями КЛТР КМ и материала оснастки. Температурные поводки также могут приводить к нарушениям геометрических форм и размеров конструкций из КМ, что является серьезным дефектом для изделий из КМ с высокой точностью размеров и чистотой поверхности.

Для выявления дефектов волокнистой структуры КМ эффективно используются ультразвуковой, радиоволновой, визуальный методы НК. Особенно актуально для анализа состояния армирующей компоненты материала применение радиационных методов, в частности, КРТ, для оценки качества поверхности, выявления расслоений и отклонений углов выкладки монослоёв от номинальных. Результаты контроля могут быть использованы для улучшения качества технологического процесса изготовления изделий из КМ, в частности, для подбора оптимальных значений давления прессования и параметров для автоматизированной выкладки лент, тканей и препрегов.

Особенно нежелательны для КМ внедрения инородных материалов в виде включений в матричную составляющую материала, резко снижающие значение адгезии между волокнами и связующим. К подобным включениям относятся металлическая стружка, остатки масла, летучих углеводородов, ацетона, ветоши, пленки и др. Надежное выявление подобных дефектов обеспечивается радиоволновыми и радиационными методами НК, позволяющими получить подробную картину внутренней структуры изделия из КМ, в том числе 2D-срезы и 3D-изображения.

Механообработка, применяемая в некоторых случаях после формования изделия из КМ, может приводить к появлению микротрещин в зоне механической обработки, выдергиванию волокон армирующей структуры, локальному выкрашиванию связующего. Для проведения НК после механообработки применяют радиоволновой, визуальный и оптический методы контроля.

Еще одним фактором, влияющим на образование дефектов в структуре материала узлов, агрегатов и изделий из КМ, является нарушение требований и условий эксплуатации. Негативное влияние эксплуатационных факторов проявляется в появлении поверхностных и приповерхностных трещин, раскрашиванию матрицы, деструкции смолы при нарушении температурных режимов эксплуатации. При длительном выдерживании изделий на полимерной матрице в условиях повышенной влажности увеличивается объемное содержание влаги в связующем, что при изменении климатических условий эксплуатации приводит к деструкции свойств материала и разрушению компонент КМ. Разрушение и повреждение поверхностного слоя из гелькоута при воздействии УФизлучения оказывает негативное влияние на молекулярную структуру матрицы, разрушая её структуру, что также приводит к ухудшению механических свойств смолы.

Для инспекционного контроля изделий из КМ на этапе эксплуатации актуально применение ультразвукового, тепловизионного, визуального и оптического методов НК ввиду небольшого габарита применяемого оборудования, что позволяет проводить контроль узлов и агрегатов без их демонтажа.

Таким образом, ввиду наличия различных компонентов в КМ дефекты внутренней структуры материала группируются по их принадлежности к соответствующей фазе материала, по природе факторов, вызывающих их появление, и по степени их влияния на изменение физико-механических свойств КМ.

В настоящее время имеется большое количество методов НК, применение которых позволяет идентифицировать внутренние дефекты.

При постоянно возрастающих требованиях к качеству изделий из КМ актуальным вопросом становится применение современных методов НК для изучения внутренней структуры изделия с целью обнаружения скрытых от визуального осмотра дефектов. В настоящее время значительное распространение получили неразъемные конструкции, для которых особенно важно обеспечить контролепригодность различными методами контроля.

В настоящее время имеется широкая номенклатура методов НК: оптические, акустические, тепловые, радиоволновые, радиационные, а также некоторые другие. Рассмотрим более подробно каждую группу методов НК.

Оптические методы НК подразделяются на визуальный и визуальнооптический осмотр и применяются для определения дефектов поверхности и приповерхностных слоёв материала конструкции.

Визуальный осмотр является самым простым и распространенным методом НК. Он широко применяется при контроле изделий из стеклопластиков, что актуально ввиду их широкого использования, и его результаты возможно использовать как базовые при проведении дальнейшего НК иными методами.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 14 |
 









 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.