zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-3-39-43zldm-1174Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование свойств образцов углепластика, отформованных методом инфузииStudy of the properties of carbon plastic samples formed by the infusion methodВешкинЕ. А.VeshkinE. A.

Евгений Алексеевич Вешкин

432010, Ульяновск, ул. Врача Михайлова, д. 34

Evgeny A. Veshkin

34, ul. Vracha Mikhaylova, g. Ulyanovsk, 432010

untcviam@viam.ruПостновВ. И.PostnovV. I.

Вячеслав Иванович Постнов

432010, Ульяновск, ул. Врача Михайлова, д. 34

Vyacheslav I. Postnov

34, ul. Vracha Mikhaylova, g. Ulyanovsk, 432010

СеменычевВ. В.SemenychevV. V.

Валентин Владимирович Семенычев

432010, Ульяновск, ул. Врача Михайлова, д. 34

Valentin V. Semenychev

34, ul. Vracha Mikhaylova, g. Ulyanovsk, 432010

БаранниковА. А.BarannikovA. A.

Александр Александрович Баранников

432010, Ульяновск, ул. Врача Михайлова, д. 34

Alexander A. Barannikov

34, ul. Vracha Mikhaylova, g. Ulyanovsk, 432010

Ульяновский научно-технологический центр «ВИАМ»РоссияVIAM Ulyanovsk Science and Technology CentreRussian Federation2020240320208633943Copyright © Вешкин Е.А., Постнов В.И., Семенычев В.В., Баранников А.А., 20202020Вешкин Е.А., Постнов В.И., Семенычев В.В., Баранников А.А.Veshkin E.A., Postnov V.I., Semenychev V.V., Barannikov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1174

Традиционно применяемые методы оценки свойств полимерных композиционных материалов (ПКМ) в большинстве случаев дают обобщенную картину и лишь некоторые из них позволяют получить более детальную информацию. Представлены результаты исследования отформованных методом инфузии образцов углепластика. Микротвердость полимерной матрицы образцов толщиной около 8 мм оценивали на поперечных шлифах в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (боковой и торцевой поверхностях) при нагрузке на индентор микротвердомера 10 г (0,1 Н). Установлено, что величина микротвердости матрицы углепластика по толщине образца (от лицевой к его оборотной поверхности) меняется по параболическому закону с максимальными значениями в сердцевине и минимальными в подповерхностных зонах. Полученные графические зависимости изменения микротвердости по толщине в двух взаимно перпендикулярных плоскостях оказались подобны (коэффициенты объемной анизотропии практически совпадают). С помощью микроскопических исследований поперечных шлифов выявлена структура исследуемого углепластика, оценены толщины матрицы и слоев углеродного наполнителя, определены схемы выкладки и ориентации лент из углеродного наполнителя. Исследованы зоны, в которых определяли микротвердость матрицы. Изображения шлифов с отпечатками индентора свидетельствуют о том, что измерения проводили непосредственно на матрице, причем в зонах, свободных от наполнителя. Использование такой дифференциальной характеристики, как микротвердость, дает возможность оценить свойства матрицы в каждой конкретной структурной составляющей, что может быть полезно при контроле характеристик отформованных конструкций из ПКМ.

Traditional methods used for assessing the properties of polymer composite materials (PCM) in most cases present a generalized picture and only few of them provide more detailed information. We present the results of studying carbon fiber samples molded using the infusion method with a thickness of about 8 mm. The microhardness of the PCM matrix was measured on transverse sections in two mutually perpendicular planes, named side and end surfaces, load of a microhardness indenter being 10 g (0.1 N). The studies revealed that the microhardness of the carbon fiber matrix in depth from the front surface of the sample to opposite one varies according to a parabolic law with maximum values in the core and minimum values in the subsurface zones. Moreover, statistical calculations showed the significance of differences in the microhardness values measured in two mutually perpendicular planes. The obtained graphical dependences of the microhardness variation measured over the thickness of the samples in two mutually perpendicular planes are similar in shape, whereas the volume anisotropy coefficients are almost equal. Microscopic studies of transverse sections of the samples revealed the structure of the studied carbon fiber reinforced plastic, provided determination of the thickness of the matrix and layers of the carbon filler, as well as the layout and orientation of the carbon filler tapes. The results of microscopic studies of zones in which the matrix microhardness was measured directly are also presented along with the obtained images of thin sections with indenter prints of the microhardness tester which indicate that the measurements were carried out directly on the matrix in areas free of the filler. The use of microhardness as a differential characteristic made it possible to evaluate the properties of the matrix in each specific structural component. The results can be used in assessing the properties of molded PCM structures.

углепластикматрицанаполнительмикротвердостьэкзотермические эффектыдефекты формованияcarbon fiber reinforced plastic (carbon plastic)matrixfillermicrohardnessexothermic effectsmolding defectsРабота выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 13.2 «Конструкционные ПКМ» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [22]ReferencesКаблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7 – 17.Kablov E. N. Strategic directions of development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030 / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. N S. P. 7 – 17 [in Russian].Раскутин А. Е. Стратегия развития полимерных композиционных материалов / Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 344 – 348. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-344-348.Raskutin A. E. Development Strategy for Polymer Composite Materials / Aviats. Mater. Tekhnol. 2017. N S. P. 344 – 348. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-344-348 [in Russian].Раскутин А. Е. Российские полимерные композиционные материалы нового поколения, их освоение и внедрение в перспективных разрабатываемых конструкциях / Авиационные материалы и технологии, 2017. № S. С. 349 – 367. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-349-367.Raskutin A. E. Russian polymer composite materials of a new generation, their development and implementation in promising developed structures / Aviats. Mater. Tekhnol. 2017. N S. P. 349 – 367. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-349-367 [in Russian].Гуляев И. Н., Гуняев Г. М., Раскутин А. Е. Полимерные композиционные материалы с функциями адаптации и диагностики состояния / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 242 – 253.Gulyaev I. N., Gunyaev G. M., Raskutin A. E. Polymer composite materials with functions of adaptation and state diagnostics / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. N S. P. 242 – 253 [in Russian].Доспехи для «Бурана». Материалы и технологии ВИАМ для МКС «Энергия-Буран» / Под ред. Е. Н. Каблова. — М.: Фонд «Наука и жизнь», 2013. — 128 с.Kablov E. N. (ed.). Armor for Buran. Materials and technologies VIAM for the ISS «Energy-Buran». — Moscow: Fond «Nauka i zhizn’», 2013. — 128 p. [in Russian].История авиационного материаловедения. ВИАМ — 80 лет: годы и люди / Под ред. Е. Н. Каблова. — М.: ВИАМ, 2012. — 520 с.Kablov E. N. (ed.). History of aeronautical materials science. VIAM — 80 years: years and people. — Moscow: VIAM, 2012. — 520 p. [in Russian].История авиационного материаловедения: ВИАМ — 75 лет поиска, творчества, открытий / Под ред. Е. Н. Каблова. — М.: Наука, 2007. — 343 с.Kablov E. N. (ed.). History of Aeronautical Materials Science: VIAM — 75 years of search, creativity, discoveries. — Moscow: Nauka, 2007. — 343 p. [in Russian].Платонов А. А., Коган Д. И., Душин М. И. Изготовление трехмерноразмерных ПКМ методом пропитки пленочным связующим. / Пластические массы. 2013. № 6. С. 56 – 61.Platonov A. A., Kogan D. I., Dushin M. I. Production of three-dimensional PCM by the method of impregnation with a film binder / Plast. Massy. 2013. N 6. P. 56 – 61 [in Russian].Мостовой А. С., Леденев А. Н. Модифицирование эпоксидных полимеров нанодисперсным кремнием / Физика и химия обработки материалов. 2017. № 4. С. 61 – 66.Mostovoy A. S., Ledenev A. N. Modification of epoxy polymers with nanodispersed silicon / Fiz. Khim. Obrab. Mater. 2017. N 4. P. 61 – 66 [in Russian].Аристов В. М., Аристова Е. П. Влияние релаксационных явлений на физические свойства полимерных материалов / Пластические массы. 2017. № 5 – 6. С. 3 – 6.Aristov V. M., Aristova E. P. Influence of relaxation phenomena on the physical properties of polymeric materials / Plast. Massy. 2017. N 5 – 6. P. 3 – 6 [in Russian].Аристов В. М., Аристова Е. П. Влияние структурной неоднородности на физические свойства частично кристаллических полимеров / Пластические массы. 2016. № 3 – 4. С. 15 – 17.Aristov V. M., Aristova E. P. Effect of structural heterogeneity on the physical properties of partially crystalline polymers / Plast. Massy. 2016. N 3 – 4. P. 15 – 17 [in Russian].Дубинский С. В., Севастьянов Ф. С., Сафонов А. А., Абаимов С. Г., Розин Н. В., Федулов Б. Н. Метод расчетного определения прочностных свойств конструкций с учетом образования микро- и макропор при вакуумной инфузии / Композиты и наноструктуры. 2016. Т. 8. № 3. С. 151 – 159.Dubinsky S. V., Sevastyanov F. S., Safonov A. A., Abaimov S. G., Rozin N. V., Fedulov B. N. The method of calculating the determination of the strength properties of structures with regard to the formation of micro and macro pores with vacuum infusion / Kompoz. Nanostrukt. 2016. Vol. 8. N 3. P. 151 – 159 [in Russian].Федулов Б. Н., Сафонов А. А., Кантор М. М., Ломов С. В. Моделирование отверждения термопластических композитов и оценка величин остаточных напряжений / Композиты и наноструктуры. 2017. Т. 9. № 2. С. 102 – 122.Fedulov B. N., Safonov A. A., Kantor M. M., Lomov S. V. Simulation of thermoplastic composites calibration and evaluation of residual stress values / Kompoz. Nanostrukt. 2017. Vol. 9. N 2. P. 102 – 122 [in Russian].Антюфеева Н. В., Алексашин В. М., Столянков Ю. В. Современное методическое обеспечение термоаналитических исследований полимерных композитов и препрегов / Композиты и наноструктуры. 2014. Т. 6. № 3. С. 176 – 184.Antyufeeva N. V., Aleksashin V. M., Stolyankov Yu. V. Modern methodological support of thermoanalytical studies of polymer composites and prepregs / Kompoz. Nanostrukt. 2014. Vol. 6. N 3. P. 176 – 184 [in Russian].Курицына А. Д. Применение метода микротвердости для определения некоторых свойств полимерных материалов. — М.: Наука, 1965. — 264 с.Kuritsyna A. D. Application of microhardness method to determine some properties of polymeric materials. — Moscow: Nauka, 1965. — 264 p. [in Russian].Вешкин Е. А., Постнов В. И., Семенычев В. В., Крашенинникова Е. В. Исследование микротвердости и склерометрических характеристик связующего УП-2227Н, отвержденного при различных режимах / Авиационные материалы и технологии. 2018. № 1. С. 39 – 45. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-1-39-45.Veshkin E. A., Postnov V. I., Semenychev V. V., Krasheninnikova E. V. The study of microhardness and sclerometric characteristics of the UP-2227N binder, hardened under various conditions / Aviats. Mater. Tekhnol. 2018. N 1. P. 39 – 45. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-1-39-45 [in Russian].Вешкин Е. А., Постнов В. И., Семенычев В. В., Крашенинникова Е. В. Микротвердость и склерометрия, как критерии степени отверждения связующего ЭДТ-69Н / Материаловедение. 2018. № 10. С. 3 – 7. DOI: 10.301044/1684-579X-2018-0-10-3-7.Veshkin E. A., Postnov V. I., Semenychev V. V., Krasheninnikova E. V. Microhardness and sclerometry, as criteria for the degree of curing of the binder EDT-69N / Materialovedenie. 2018. N 10. P. 3 – 7. DOI: 10.301044/1684-579X-2018-0-10-3-7 [in Russian].Вешкин Е. А., Постнов В. И., Семенычев В. В., Крашенинникова Е. В., Ершов В. В. Оценка кинетики отверждения полиэфирной смолы во времени стандартными и нестандартными методами / Пластические массы. 2018. № 11 – 12. С. 42 – 46.Veshkin E. A., Postnov V. I., Semenychev V. V., Krasheninnikova E. V., Ershov V. V. Evaluation of the kinetics of curing of polyester resin in time by standard and non-standard methods / Plast. Massy. 2018. N 11 – 12. P. 42 – 46 [in Russian].Вешкин Е. А., Постнов В. И., Семенычев В. В., Крашенинникова Е. В. Анизотропные свойства отвержденных связующих / Клеи. Герметики. Технологии. 2018. № 8. С. 20 – 24. DOI: 10.31044/1813-7008-2018-0-8-20-24.Veshkin E. A., Postnov V. I., Semenychev V. V., Krasheninnikova E. V. Anisotropic properties of hardened binders / Klei. Germetiki. Tekhnol. 2018. N 8. P. 20 – 24. DOI: 10.31044/1813-7008-2018-0-8-20-24 [in Russian].Калистратова Л. Ф., Егорова В. А. Упорядочение аморфной фазы как одна из характеристик надмолекулярной структуры аморфно-кристаллического полимера / Материаловедение. 2019. № 1. С. 3 – 8.Kalistratova L. F., Egorova V. A. The ordering of the amorphous phase as one of the characteristics of the supramolecular structure of the amorphous-crystalline polymer / Materialovedenie. 2019. N 1. P. 3 – 8 [in Russian].Кенуй М. Г. Быстрые статистические вычисления. Упрощенные методы оценивания и проверки: справочник. — М.: Статистика, 1979. — 69 с.Kenuy M. G. Fast statistical calculations. Simplified assessment and verification methods: reference book. — Moscow: Statistika, 1979. — 69 p. [in Russian].Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.Kablov E. N. Innovative developments of FSUE «VIAM» SSC RF for the implementation of the «Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period until 2030» / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 1(34). P. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.