При промышленном производстве УВ необходимо развивать методы определения физических и механических свойств, усред­ненных по партиям выпускаемой продукции [263]. Одним из них является метод испытаний одиночной нити сухого пучка или про­питанной связующим стренги («микропластика»)[31] [264]. Дан-

Ные такого контроля не только служат для определения качества продукции, но и являются способом отбора волокон с нужными свойствами. В табл. 11.4 приведены основные стандартные методы изучения УВ.

Стандарт ASTM-D3379-75 описывает метод испытания одиноч­ного У В на прочность при растяжении и модуль упругости [267]. Элементарное волокно вклеивается в рамку (рис. 11.36) [267]. Затем края рамки разрезаются или сжигаются, после чего обра­зец подвергается растяжению с постоянной скоростью до разру­шения.

Стандарт ASTM-D3544-76 регламентирует правила отбора проб, число испытаний, вычисление стандартного отклонения и

291

Коэффициента вариации [268]. На рис. 11.37 показано, как на основе статистических методов можно принимать решение о кри­териях отбраковки волокон [265].

Метод анализа элементарного волокна несет в себе много не­достатков: это и неточность определения линейной плотности, и несовершенство методов отбора проб, и влияние человеческого фактора при измерениях [269]. Так, на рис. 11.38 представлена типичная картина результатов серии измерений прочности УВ на растяжение, проведенных разными методами [269]. Как резуль­тат возможного разрешения этой проблемы предлагается пользо­ваться либо методом испытания «сухим пучком», либо микропла­стиком [263, 264, 269—274].

В среднем прочность и модуль упругости микропластика выше, чем те же величины, полученные при испытании УВ методом «сухого пучка» [264]. Испытания импрегнированных стренг (микропластиков) показывают хорошее соответствие между тео - 294
ретической прочностью пучка волокон (по результатам испытаний одиночных волокон) и распределением прочности в микропластике [272].

В табл. 11.5 приведены результаты испытаний УВ в виде оди­ночного волокна, «сухим пучком» и «микропластиком» [269]. Средние модули упругости, полученные всеми тремя методами практически совпадают. В то же время предел прочности, опре­деленный по методу исследования импрегнированной стренги, оказывается ниже, чем в двух других случаях. Дальнейшие ра­боты, в которых эпоксиимпрегнированные стренги из УВ испыты-

Рис. 11.38. Результаты последовательных измерений предела прочности при растяжении ав моноволокон из УВ, определенных:

І.-» лаборантом А; 2 лаборантом Б; JV порядковый номер сернн нз пятн образцов

Вались при температуре жидкого азота при изменении скорости нагружения, не дали значительного повышения ни предела проч­ности, ни модуля упругости [269]. Хорошо известно, что механи­ческие свойства УВ зависят как от сырья и исходных технологи­ческих параметров (времени и температуры термообработки, по­верхностной обработки УВ), так и от наличия или отсутствия де­фектных, в том числе и сломанных волокон [265, 270, 275].

Модуль упругости при сдвиге УВ определяют в основном двумя методами: методом крутильного маятника и динамическим — с по­мощью пьезоэлектрических датчиков. Используя последний ме­тод, можно определить очень малые изменения модуля сдвига даже при высоких температурах — ~800 °С [271].

Существует ряд различных методов определения линейной плотности углеродных волокон [269]. Линейная плотность изме­ряется в денье В табл. 11.6 дано сравнение результатов опреде - 11.5. Средние предел прочности и модуль упругости при растяжении, определенные различными методами 2

1 Испытание каждой пробы волокна включало следующие изменения.

1. Пять элементарных волокон в каждом образце илн всего 25 элемен­тарных.

2. Из пяти образцов в методе «сухого пучка» в трех определялись модуль упругости и работа разрыва.

3. Пять образцов подвергались пропитке,

2 Геометрические параметры элементарных волокон определялись взвеши­ванием.

11.6. Сравнение результатов измеренной линейной плотности элементарных волокон, проведенных различными методами

1 Среднее значение по 25 элементарным волокнам — усреднение по пяти параллельным определениям.

- Среднее значение по пяти образцам.

Рис. 11.39. Зависимость теплопроводности X УВ от модуля упругости Е

Рассчитывается по значениям плотно­сти и линейной плотности волокна [263, 267, 269].

Определение продольной тепло­проводности различных УВ проводит­ся по ASTM STP580 двумя различными методами [281 ]. Один метод основан на измерении теплопроводности однона­правленного КВМ на основе УВ и эпо­ксидной смолы. Он дает погрешность ~10 %. Другой метод основан на изме­рении теплопроводности сухого пучка. В этом случае тепло­проводность волокна определяется экстраполяцией градиента температур на малой базе.

Теплопроводность линейно растет с электропроводностью во­локна и соответственно с модулем упругости, начиная с некоего значения модуля (рис. 11.39) [281].