Большинство данных по влиянию атмосферных воздействий на композиционные материалы было получено в процессе уско­ренных испытаний, когда условия экспозиции образцов специ­ально делаются более жесткими, чем при эксплуатации конструк­ций. В таких условиях разрушение материала происходит за сравнительно короткое время. Однако всегда трудно коррели­ровать результаты ускоренных испытаний с реальными усло­виями эксплуатации. На фирме «Грумман» была сделана попытка изучить с этих позиций свойства старых, бывших в употреблении деталей из стеклопластиков, которые работали в жестких усло­виях. Результаты этих исследований сравнивали с данными, полученными при испытании не бывших в эксплуатации изделий. В число этих деталей входили большой (8 м) вращающийся купол обтекателя радиолокационной антенны самолета Е-2А серии № 1, который проработал 19 лет, несколько обтекателей антенны носовой радиолокационной станции самолета А-6А, бывших в эксплуатации в течение 11 ... 15 лет, и секция хвостового опе­рения самолета Е-2А, который пролетал 12 лет.

Что касается купола обтекателя, то он был сдан в лом и его нашли на складе с частично отслоившейся краской. Образцы для испытаний были взяты как с поверхностей, где вообще уже не было краски, так и с поверхностей, на которых она была непо­врежденной. Кроме того, взяли образцы из внутренних и наруж - 294

19.2. Результаты испытаний на изгиб купола обтекателя радиолокационной аитениы самолета Е-2А при 25 °С

Среднее значение сохранение показателя, % Окрашенная нижняя оболочка:

Среднее значение сохранение показателя, % Неокрашенная верхняя оболочка:

Среднее значение сохранение показателя, % Неокрашенная внутренняя оболочка (содержание влаги 1,1 %):

Испытуемая поверхность	Приведено к тол­щине слоя 0,28 мм	Исходные данные (вычисленные в по­лярных координатах)
	Аа, МПа	Вн, ГПа	Ан, МПа	Ея, ГПа

Окрашенная верхняя оболочка:

Среднее значение сохранение показателя, % Неокрашенный эродированный нако - иечинк (содержание влаги 0,84 %) сохранение показателя, %

371	_	424	_
390	_	438	' _
393	_	438	_
384	_	433	_
89	_	_	_
526	16,1	441	18,9
454	16,3	396	15,8
526	16,3	427	17,2
502	16,2	411	17,4
100+	93,7	.—
394	13,0	434	13,1
411	13,0	455	13,8
413	13,1	464	14,5
406	13,0	454	13,8
89	95,0	—	—
369	9,4	424	12,4
391	10,0	407	12,4
395	11,2	413	11,7
395	10,2	415	12,4
93	82,0	—	—
302	—	488	—
68	_	_	_

Ных слоев, сверху и снизу, т. е. везде, где это было возможно. Испытанию подвергли также наконечник передней кромки, кото­рый представлял собой сплошной восьмислойный сильно эроди­рованный ламинат. Образцы для испытаний на изгиб и растяже­ние были взяты, где только это было возможно, и полученные результаты сравнивали с данными испытаний образцов, вырезан­ных из новых деталей. При этом определяли значения предела прочности и модуля упругости. Результаты экспериментов сопо­ставляли с данными для новых деталей, скорректированными на ориентацию ткани, используя диаграммы в полярных коорди­натах [1, 4, 5). Результаты, представленные в табл. 19.2 и 19.3, позволяют сделать следующие выводы:

1. Сильно эродированный наконечник передней кромки сохранил только 68 % своей исходной прочности и разрушился больше всех.

2. Верхняя оболочка с отслоившейся краской сохранила 89 % прочности прн изгибе и 91 % прочности при растяжении. Соответствующее сохранение зна­чений модулей составляет 95 % (при изгибе) и 72 % (при растяжении).

3. Образцы верхней оболочки с неповрежденной краской сохранили 89 % прочности прн изгибе и свыше 100 % — при растяжении. Модули упругости при Изгибе и растяжении составляли соответственно 89 и 93 % от исходного значення.

19.3. Результаты испытаний на растяжение купола обтекателя радиолокационной антенны самолета Е-2А при 25 "С

Испытуемая поверхность	Приведено к тол­щине слоя 0,279 ни	Исходные данные (вычисленные в по­лярных координа­тах)
	(JB, МПа	Е. ГПа	(JB, МПа	Е, ГПа

Неокрашенная нерхняя оболочка (со­держание влаги 1,00%);

Среднее значение сохранение показателя, % Окрашенная нижняя оболочка (содер­жание влаги 1,32%);

Среднее значение сохранение показателя, % Окрашенная верхняя оболочка (со­держание влаги 1,46 %):

Среднее значение сохранение показателя, %

241	12,2	255	17,2
234	13,0	276	19,3
265	13,4	269	17,2
223	12,0	276	17,2
265	13,6	276	18,6
246	12,8	269	17,9
91,5	71,5	—	—
256	14,3	220	14,4
174	13,6	220	11,7
237	13,4	215	15,2
242	13,0	251	15,8
260	13,0	251	15,8
234	13,4	232	14,4
100+	92,9	—	—
272	12,6	250	15,8
296	14,4	271	17,2
300	15,6	265	17,9
290	14,2	262	17,2
100+	82,4	—	—

19.4. Испнтаввя в» растяжение н изгиб голоииоб части обтекателя аятеияы самолет* А-6 при 25 °С Тнп композита Я Дата Содержа­ние, % "в- МПа "и. МПа £И, ГПа А w о Я Испыта­ний Смо­лы Вла­ги ПС ИМ ПС ИМ ПС ИМ 828/BF3400 828/МДА/БДМА 828/МДА/БДМА 828/МДА/БДМА 828/МДА/БДМА 38 195 266 299 369 5.5.63 2.9.65 4.9.66 19.10.66 12.4.67 16,6 17,1 17,7 16,7 16,6 0,50 0,20 0,20 0,18 0,25 522 652 606 617 617 555 646 607 602 627 268 600 568 593 662 475 613 595 629 553 21,6 27,6 21,0 21,6 15.5 21.6 18,2 21,8 20,7 Минимальное допустимое значение 345 — 345 — 13,8 — '

Сокращения: ИМ — исходный материал; ПС — после старения.

Краской, устойчивой к дождевой эрозии. Полученные данные (табл. 19.4) свидетельствуют о том, что свойства композиции, содержащей BF3-400, значительно ухудшились, а у деталей из материала, отвержденного МДА/БДМА, не наблюдалось сниже­ния ни предела прочности (при растяжении и изгибе), ни модуля упругости.

Результаты испытаний окрашенного хвостового стабилиза­тора самолета Е-2 А показали, что сохраняется 84 ... 100 % предела прочности и 80 ... 100 % первоначального значения модуля упругости. При определении остаточной адгезионной прочности на поверхности сотового заполнителя было устано­влено, что при растяжении в перпендикулярном относительно ориентации слоев направлении она составляет 80 ... 94 %, при сжатии — 88 % и при испытании на изгиб вокруг стержня — 96 %. (Все эти данные получены на образцах из деталей после 12 ... 14 лет эксплуатации.) [221.

Испытания окрашенных и неокрашенных образцов из углерод­ного волокна и эпоксидной смолы, которые подвергали старению реальной продолжительности как на открытом воздухе в условиях окружающей среды на полигоне в Файр-Айленде, так и в лабо­ратории при постоянной влажности 50 %, показали, что при комнатной температуре в течение двух лет не происходит ника­кого разрушения окрашенных образцов. При 127 °С наблюдается лишь незначительная деструкция материала, но при 177 °С она становится такой большой, что снижение предела прочности до­стигает 50 %. В этом случае прочность уменьшается больше, чем модуль упругости. Следует, однако, отметить, что это падение свойств полностью обратимо. Если экспонированные образцы медленно высушить и повторно испытать при 177 °С, исходная

19.5. Влияние реальной продолжительности старения иа изменение

Свойств окрашенных образцов из эпоксидной смолы и графитироваиного волокна *

Выдержка при относитель­ной влажности 50 %
Влагопогло - щенне, %	Л В S Я О	Еа, ГПа	« И 1 2 ч ~ г - «їС U О

Выдержка на полигоне

U еї^ О С - О « И я Со а С; <и Я 3

Г- А в о. а, й и В а JS Н с

Условия вкспозиции '

І с &

С S

С (-1

Ч М Н

О 3 л В

Контрольный об­разец Выдержка 3 мес Сохранение пока­зателя, % Выдержка 12 мес Сохранение пока­зателя, % Выдержка 24 мес Сохранение по­казателя, % Контрольный об­разец Выдержка 12 мес Сохранение по­казателя, % Выдержка 24 мес Сохранение пока­зателя, % Сушка до постоян­ной массы

1059 56,7 52,0 — 1059 56,7 52,0

1008 66,0 58,8 95,2 98,7 100+

100+ 100+ 100+ 58,6 59,3 100+ 100+ — 1080 57,6 —

100+, 100+ 100+ 1097 56,6 67,1 100+ 100+ 100+ 1080 576 —

49.4 — 85,8 — 52,7 36,3 91.5 —

783 72.6 784 72.7

718 66,5 759 70,3

25

1161 60,3 51,7 — 100+ 100+ 99,3 —

1,06 1153 58,3 64,6 1,34 1122 57,7 0,96

60,6

1018 58,6 59,3 1,21 1097 56,6 67,1 96,2 . .

127

51,5 — 89,4 —

53,4 37,7 92,7 —

Контрольный об - —	906	47,5	32,3 —	906	47,5	32,3
Разец
Выдержка 3 мес —	759	54,8	32,6 —	768	51,3	39,0
Сохранение пока - —	83,7	100+	100+ —	84,8	100+	100+
Зателя, % Выдержка 12 мес —
568	49,3	30,9 —	523	45,9	25,6
Сохранение пока - —	62,7	100+	95,7 —	57,7	96,5	79,1
Зателя, %
Выдержка 24 мес —	428	43,4	20,3 —	347	42,2	19,3
Сохранение по - —	47,3	91,3	62,9 —	38,3	88,8	59,7
Казателя, %
Сушка до постоян - —	819	53,5	34,2 —	748	54,2	36,8
Ной массы
Сохранение пока - —	90,4	100+	100+ —	82,6	100+	100+
Зателя, %

177

— 1041 56,5 44,4 — 1058 54,6 46,7

Выдержка иа полигоне

19.6. Влияние реальной продолжительности старения на изменение свойств неокрашенных образцов нз эпоксидной смолы и графнтироваиного волокна *а

Выдержка при относи­тельной влажности 50 %

6 5* С - о V и и a я с; w И 3

Ь.5 & Ь Е? о я

Ч о и 3

Условия экспозиции *2

14 С	&
Ї	Fx
	Si
О	Ч

К С & д£ о « W я ^ 5о я Н а я

«
С	С
S	Fx
	Я
О	Ч

25 (2) До экспозиции, сухой

Образец (2) Выдержка 48 ч при 50 %-ной влажности Выдержка КО *3 2—4 недели в цехе Выдержка 3 мес Сохранение показа­теля, %

Выдержка 12 мес Сохранение показа­теля, %

Выдержка 24 мес Сохранение показа­теля, %

Сушка до постоян­ной массы 127 (2) До экспозиции, су­хой образец (2) Выдержка 48 ч прн 50 %-ной влажности Выдержка КО *" 2— 4 недели в цехе Выдержка 12 мес Сохраненне показа­теля, %

Выдержка 24 мес Сохранение показа­теля, %

Сушка до постоян­ной массы 177(2) До экспозиции, сухой образец (2) Выдержка 48 ч при 50 %-ной влажности Выдержка КО *3 2— 4 недели в цехе Выдержка 3 мес Сохраненне показа­теля, %

Выдержка 12 мес Сохранение показа­теля, %

Выдержка 24 мес

—	1025	55,9	67,4	—	1025	55,9	67,4
—	1076	59,5	59,9	—	1076	59,5	59,9
—	1047	55,5	67,5	—	1047	55,5	67,5
—	1087 100+	51,1 99,4	69,9 100+	—	1045 99,3	53,5 96,4	59,5 88,1
0,89	1088 100+	54,8 98,4	64,6 95,8	0,96	1062 100+	54,8 98,8	60,8 90,2
0,88	1047 99,5	54,0 97,4	64,0 94,9	0,94	987 93,8	54,5 98,0	59,0 87,5
—	1011	55,7	61,9	—	965	54,5	45,0
—	1076	55,7	53,5	—	1076	55,7	53,3
—	1047	55,9	47,4	—	1047	55,9	47,7
—	756 72,2	46,6 83,4	—	—	737 70,4	48,9 87,5	—
—	818 78,2	51,3 91,7	36,7 77,5	—	774 73,9	41,5 74,2	35,6 75,1
—	1052	52,4	52,3	—	990	50,7	50,5
—	857	55,4	37,4	—	857	55,4	37,4
—	874	54,1	39,4	—	874	54,1	39,4
—	799	51,0	38,7	—	799	51,0	38,7
—	721 90,2	51,4 45,2 100+ 100+	—	726 90,9	50,8 99,6	36,6 94,4
-г	534 66,8	42.8 83.9	24,9 64,2	—	507 63,4	44,2 86,8	24,0 61,9
—	369	39,6	21,0	—	457	44,2	22,7

Выдержка на полигоне

Выдержка при относи­тельной влажности 50 %

Й Ро (О о А . Is О) 5 <о

Условия вкспозиции '

О)	«
С	С
S	(і
	S
О	ІЧ

С. О в> U в (0 аз Ч V Ид-

В §• й* t - 5 . W (Ч ^ ** £ з У О 2 НОВ

«
С	С
Й	(і
	В
О	ІЧ

С - О v И в (0 и Ч « «а"

В, м & iS 2 С - <о Н ^ < 3 « u ° *

Сохранение показа­теля, %

Сушка до постоянной массы

Сохранение показа­теля, % 46,1 77,7 54,3 768 49,5 37,6 96,0 97,0 97,2 57,2 86,6 58,7 728 49,8 39,8 91,0 97,7 100+

** Прочностные характеристики при изгибе приведены к толщине слоя 0,133 мм.

*? Пропитка в течение 30 мии перед приложением нагрузки. *s КО — контрольный образец.

19.7. Влияние реальной продолжительности старения на прочность скрепленных болтами образцов из эпоксидной смолы н графитироваиного волокна

		Нагрузка иа	Образец, кН
Продолжитель­ность экспози­ции, нес	Выдержка при относительной влажности 50 % контроль­ного образца	Выдержка на полигоне Образца
	Без окраски	Окрашенного	Без окраски	Окрашенного

TOC o "1-3" h z 1 20,64 20,64 — —

3 19,10 20,79 20,16 19,12

12 19,73 20,14 20,43 20,00

24 20,53 19,98 21,36 22,18

36 20,80 20,55 20,82 21,34

Условия испытаний.

1.Композиционный материал. AS/3501-5, состоящий из графитироваиного волокна и эпоксидной смолы, прикрепленный к титановому сплаву Ti-6AJ-4V крепежными изделиями, изготовленными из этого сплава.

2. Все разрушения происходят под действием сложного нагружеиия или чистого растяжения композита.

Прочность полностью восстановится. Отсюда следует вывод,

Что стандартные эпоксидные смолы, армированные углеродным

Волокном, нельзя использовать при температурах выше 127 °С.

При более высоких температурах следует применять полиимиднЫе

Смолы. Полученные результаты представлены в табл. 19.5—19.7.