ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ МАТРИЦЫ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА УЛЬТРАЗВУКОВЫМ МЕТОДОМ

Представлены результаты определения степени полимеризации матрицы полимерного композиционного материала (ПКМ) лазерно-акустическим методом ультразвукового контроля. Исследовали образцы ПКМ, применяемых для изготовления интегральных конструкций. Показано, что превышение допустимой степени полимеризации подформованньгх заготовок приводит к снижению прочности соединения элементов конструкции и не позволяет при формовании получить требуемую форму и геометрические размеры изделия. Использованы принципиально новые параметры диагностики, которые характеризуются высокой точностью определения и достоверностью. Для прогнозирования режимов отверждения образцов с заданными значениями степени превращения анализировали кинетику реакции методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Экспериментальные результаты для расчета кинетических параметров получали на термоаналитическом комплексе DSC 1 (Швейцария). Кинетические параметры процессов полимеризации и степень отверждения связующего в пластиках определяли по тепловому эффекту реакции. Установлено, что при определении степени полимеризации матрицы ПКМ ультразвуковым методом (лазерно-акустическим способом возбуждения ультразвуковых колебаний) произведение ослабления донного сигнала продольных ультразвуковых колебаний на время прохождения сигнала в прямом и обратном направлениях и энергию структурного шума, позволяющую учесть пористость материала, можно использовать в качестве надежных параметров диагностики. Предложенный метод обеспечивает большую точность определения по сравнению с другими способами контроля степени полимеризации.

1. К а б л о в 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. С. 3 - 33.

2. М у р а ш о в В. В., Р у м я н ц е в А. Ф. Дефектоскопия и диагностика полимерных композиционных материалов акустическими методами / Авиационные материалы. Избранные труды 1932 - 2007: сб. науч. тр. — М., 2007. С. 342 - 347.

3. Е р м о л о в И. Н., Л а н г е Ю. В. Ультразвуковой контроль. Неразрушающий контроль: справочник. — М.: Машиностроение, 2006. — 864 с.

4. М у р а ш о в В. В. Контроль монолитных и клееных конструкций из полимерных композиционных материалов акустическим импедансным методом / Авиационная промышленность. 2009. № 3. С. 43 - 48.

5. М у р а ш о в В. В., Р у м я н ц е в А. Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления / Контроль. Диагностика. 2007. № 5. С. 31 - 36.

6. М у р а ш о в В. В., Я к о в л е в а С. И. Применение акустического метода свободных колебаний для контроля конструкций, содержащих слои из неметаллических материалов / Контроль. Диагностика. 2017. № 10. С. 28 - 35.

7. Б а к у н о в А. С , М у р а ш о в В. В., С ы с о е в А . М. Контроль лопастей воздушного винта средствами низкочастотной акустики / Контроль. Диагностика. 2012. № 6. С. 72 - 74.

8. М у р а ш о в В. В. Контроль клееных конструкций из разнородных материалов ультразвуковым реверберационным методом / Клеи. Герметики. Технологии. 2015. № 12. С. 18 - 22.

9. М у р а ш о в В. В., Т р и ф о н о в а С. И. Контроль клеевых соединений в конструкциях и изделиях из ПКМ ультразвуковым теневым методом / Клеи. Герметики. Технологии. 2015. № 5. С. 15 - 23.

10. М у р а ш о в В. В., Г е н е р а л о в А . С. Контроль многослойных клееных конструкций низкочастотными акустическими методами / Авиационные материалы и технологии. 2014. № 2. С. 59 - 67.

11. Murashov V V Identification of Areas of Absence of Adhesive Bonding between Layers in Multilayer Structures / Polymer Science. Series D. Glues and Sealing Materials. 2014. Vol. 7. N 1. E 46 - 48.

12. М у р а ш о в В. В. Исследование характеристик акустического метода свободных колебаний / Контроль. Диагностика. 2017. № 3 . 0 . 4 - 1 1 .

13. Murashov V V Nondestructive testing of glued joints / Polymer Science. Series D. 2009. Vol. 2. N 1. E 58 - 63.

14. М у р а ш о в В. В. Контроль клееных конструкций акустическим импедансным методом / Клеи. Герметики. Технологии. 2010. № 3. С. 13 - 20.

15. М у р а ш о в В. В. Применение вариантов акустического импедансного метода для контроля деталей из ПКМ и многослойных клееных конструкций / Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 469 - 482.

16. М у р а ш о в В. В., Г е н е р а л о в А. С. Контроль изделий из ПКМ и многослойных клееных конструкций ультразвуковыми методами отражения / Авиационные материалы и технологии. 2017. № 1. С. 69 - 74.

17. М у р а ш о в В. В., Т р и ф о н о в а С. И. Контроль качества полимерных композиционных материалов ультразвуковым временным способом велосиметрического метода / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 4. С. 86 - 90.

18. М у р а ш о в В. В. Контроль качества изделий из полимерных композиционных материалов акустическими методами / Контроль. Диагностика. 2016. № 12. С. 16 - 29.

19. М у р а ш о в В. В., С л ю с а р е в М. В. Дефектоскопия многослойных конструкций ультразвуковым резонансным методом / Труды ВИАМ: электрон, науч.-тех. жури. 2016. № 11. Ст. 12. http://www.viam-works.ru (дата обращения 25.05.2018).

20. Murashov V V, Slyusarev М. V Revealing Cracks in Polymer-Composite Parts and in Multilayered Glued Constructions by a Low-Frequency Acoustic Method / Russian Journal of Nondestructive Testing. 2016. Vol. 52. N 6. E 324 - 331.

21. Пат. 2196982 РФ, МПК G01 N29/00. Способ определения физико-механических характеристик и состава полимерных композиционных материалов в конструкциях ультразвуковым методом / Каблов Е. Н., Мурашов В. В., Румянцев А. Ф. и др.; заявитель и патентообладатель ФГУП «ВИАМ» — №200100302; заявл. 09.01.2001; опубл. 20.01.2003. Бюл. № 2.

22. Пат. 2214590 РФ, МПК G01 N29/00. Способ определения физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов и устройство для его осуществления / Каблов Е. Н., Гуняев Г. М., Карабутов А. А. и др.; заявитель и патентообладатель ФГУП «ВИАМ» — № 2001135020; заявл. 26.12.2001; опубл. 20.10.2003. Бюл. № 29.

23. Mishurov К. S., Murashov V V. Determination of the Composition and Density of Polymer Composite Materials in Details and Constructions by Nondestructive Methods / Polymer Science. Series D. 2016. Vol. 9. N 2. P 176 - 180.

24. М у р а ш о в В. В. Контроль и диагностика многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов акустическими методами. — М.: Спектр, 2016. — 244 с.

25. М у р а ш о в В. В., Р у м я н ц е в А. Ф. Диагностика состава и свойств полимерных композитов в деталях и конструкциях / Контроль. Диагностика. 2008. № 8. С. 13 - 17.

26. Г е р ш б е р г М. В., И л ю ш и н С. В., С м и р н о в В. И. Неразрушающие методы контроля судостроительных стеклопластиков. — Л.: Судостроение. 1971. — 124 с.

27. М у р а ш о в В. В. Определение состава и плотности конструкционных углепластиков лазерно-акустическим способом ультразвукового контроля / Материаловедение. 2014. № 11. С. 2 4 - 2 9 .

28. Kablov Е., Murashov V., Rumyantsev A. Diagnostics of Polymer Composites by Acoustic Methods / Ultragarsas. Kaunas: Tecnologija. 2006. N 2. P 7 - 10.

29. Murashov V. Non-destructive testing and evaluation designs by the acoustic methods. — Saarbrucken: LAMBERT Academic Publishing, 2017. — 167 p.

30. К а б л о в E. H., М н н а к о в В. Т., А н н х о в с к а я Л . И. Клеи и материалы на их основе для ремонта конструкций авиационной техники / Авиационные материалы и технологии. 2002. №1. С. 6 1 - 6 5 .

31. А. с. 1640626 СССР. Способ определения степени полимеризации композиционных материалов / Орзаев В. Г., Никитин К. Е. — №4450396/28; заявл. 27.06.1988; опубл. 07.04.1991. Бюл. № 13.

32. Павлов И. В. Контроль процесса твердения эпоксидных стеклопластиков в изделиях по остаточной флуоресценции / В мире неразрушающего контроля. 2003. № 3. С. 24 - 27.

33. Кузнецов Ю. В., Маслов В. В. Применение СВЧ амплитудного метода для контроля отверждения материалов / В сб.: Неразрушающие методы контроля качества изделий и конструкций из неметаллов. — Л.: ЛДНТП, 1982. С. 28 - 32.

34. Определение содержания растворимых продуктов в препреге и углепластике / РТМ 1.2.029-83. — М.: ВИАМ, 1983.

35. К а р а б у т о в А . А., П о л и в а н о в И. М., П о д ы м о в а Н. Б. и др. Применение Nd/YAG-лазера с диодной накачкой в неразрушающем ультразвуковом контроле графито-эпоксидных композитов / Контроль. Диагностика. 2002. № 11. С. 2 4 - 2 9 .

36. К а р а б у т о в А. А., М у р а ш о в В. В., П о д ы м о в а Н. Б. Диагностика слоистых композитов с помощью лазерного оптико-акустического преобразователя / Механика композитных материалов. 1999. Т. 35. № 1. С. 125 - 134.

37. Karabutov A. A., Murashov V. V, Podymova N. В., et al. Nondestructive Characterisation of Layered Composite Materials with a Laser Optoacoustic Sensor / Nondestructive Evaluation of Materials and Composites II. Vol. 3396. — San Antonio: SPIE — The International Society for Optical Engineering, 1998. P 103-111.

38. М у р а ш о в В. В., А л е к с а ш и н В. М. Контроль прочности зоны соединения элементов интегральных конструкций из полимерных композитов ультразвуковым методом / Клеи. Герметики. Технологии. 2014. № 7. С. 15 - 19.

39. Обухова Н. С , Л е п и к а ш Е. Р. и др. Применение дифференциально-сканирующей калориметрии в технологии формования ПКМ / XVII НТК «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов»: тезисы докладов. Ч. 2. — Обнинск, 2004. С. 69 - 73.

40. М у р а ш о в В. В. Определение прочностных характеристик углепластиков в монолитных и интегральных конструкциях лазерно-акустическим способом ультразвукового контроля / Материаловедение. 2016. № 11. С. 9 - 16.

41. М у р а ш о в В. В., Р у м я н ц е в А. Ф. Определение прочности соединения деталей интегральных конструкций из полимерных композиционных материалов ультразвуковым методом / Контроль. Диагностика. 2006. № 4. С. 45 - 51.

42. Пат. 2231054 РФ, МПК G01 N 29/00. Способ определения степени полимеризации композиционных материалов / Каблов Е. Н., Мурашов В. В., Румянцев А. Ф. и др.; заявитель и патентообладатель ФГУП «ВИАМ». — № 202132275; заявл. 03.12.2002; опубл. 20.06.2004. Бюл. № 17.