Тестирование углеродного волокна
Тестирование углеродного волокна — это набор различных тестов, которые исследователи используют для характеристики свойств углеродного волокна. Результаты испытаний используются, чтобы помочь производителю и разработчикам в принятии решений по выбору и проектированию композитных материалов, производственных процессов, а также для обеспечения безопасности и целостности. Критически важные для безопасности компоненты из углеродного волокна, такие как детали конструкций машин, транспортных средств, самолетов или архитектурные элементы, подлежат испытаниям.
Введение
[ редактировать ]Пластики, армированные углеродным волокном , и армированные полимеры приобретают все большее значение как легкий материал. Существуют различные дисциплины тестирования материалов, которые особенно применимы к материалам из углеродного волокна. Наиболее распространенными являются разрушающие испытания, такие как испытания на стресс, усталость и испытания на микросечение. Существуют также методы, позволяющие проводить неразрушающий контроль (NDT), поэтому материал можно использовать после испытаний. Распространенными методами являются ультразвуковой , рентгеновский , высокочастотный вихретоковый, радиоволновой контроль или термография . [ 1 ] Кроме того, методы мониторинга состояния конструкций (SHM) позволяют проводить испытания во время применения.
Методы тестирования
[ редактировать ]Разрушающий контроль
[ редактировать ]Критически важные для безопасности детали из углеродного волокна, такие как каркасы самолетов, необходимо подвергать разрушающим испытаниям (например, напряжение, усталость) и неразрушающим методам (например, ориентация волокон, расслоение и соединение). [ 1 ] Три типа разрушающих испытаний — это испытания на микрошлиф, стрессовые испытания и испытания на усталость . Одной из форм испытаний на усталость компонентов из углеродного волокна является очень многоцикловая усталость (VHCF). Распространенными методами испытаний VHCF являются ультразвуковые или резонансные испытания на растяжение, сжатие или кручение. [ 2 ] Обычно разрушающие испытания проводятся для проверки механических свойств, тогда как неразрушающий контроль используется для мониторинга и контроля процесса производства деталей из углепластика. [ 3 ]
Неразрушающий контроль
[ редактировать ]Аэрокосмическая промышленность использует термографические испытания для обнаружения дефектов в компонентах из углеродного волокна. [ 4 ] Ультразвуковой контроль деталей из углепластика является наиболее популярной формой неразрушающего контроля. [ 5 ] Ультразвуковой контроль позволяет исследователям обнаружить любые аномалии в тонких пластинчатых композитах. [ 5 ] Ультразвуковой контроль работает только с деталями толщиной не более 50 мм. [ 5 ] В рентгенографическом исследовании используется коротковолновое электромагнитное излучение. Длина волны настолько мала, что она может проникнуть через углепластик, в то время как свет не может. [ 5 ] Рентгеновское тестирование может обнаружить пустоты, пористость, включения, трансламинарные трещины, соотношение смолы и волокна, неравномерное распределение волокон и ориентацию волокон, например, складки волокон, морщины или линии сварных швов. [ 5 ] Недостатком рентгеновского контроля является то, что если дефект расположен перпендикулярно рентгеновскому лучу, дефект не будет обнаружен. [ 5 ] Термография играет важную роль в аэрокосмической промышленности. Этот тест используется для обнаружения любых дефектов, которые могут привести к выходу из строя компонента из углеродного волокна, что приведет к катастрофе. [ 4 ] Существуют два типа термографии: активная и пассивная. Оба эти метода экономят деньги, поскольку проверяемая деталь остается неповрежденной. Они также эффективны, поскольку могут одновременно сканировать большие площади. [ 4 ] Поскольку композиты из углеродного волокна очень индивидуальны по форме и составу материала, новые методы неразрушающего контроля являются новым и востребованным применением. [ 6 ] Применимыми технологиями являются радиоволновое тестирование, [ 7 ] высокочастотные вихретоковые испытания, [ 8 ] термография , ширография, [ 9 ] лазерный ультразвук с воздушной связью и терагерцовое сканирование. [ 10 ]
Типичные последствия и дефекты
[ редактировать ]Требования к целостности конструктивно важных деталей зависят от конкретного производителя. Однако обычно значимыми критериями качества текстуры являются ориентация волокон, зазоры, морщины, перекрытия, искажения, волнистость, однородность. [ 11 ] а также дефекты матрицы: расслоение, включения, трещины, отверждение, пустоты, отслоения. [ 12 ] Кроме того, важными свойствами являются базовый вес или объемное содержание углеродного волокна. Обычно дефекты и эффекты в материалах из углеродного волокна классифицируются в зависимости от их расположения на структурные дефекты (связанные с углеродным волокном) и матричные дефекты (связанные со смолой). Эффекты, связанные с углеродным волокном, проверяются с помощью рентгеновских и высокочастотных методов тестирования, тогда как матричные эффекты обычно проверяются ультразвуковыми и термографическими методами.
| Структурные дефекты | Дефекты матрицы |
|---|---|
| Искажения и несовпадения | Расслоение матрицы |
| Морщины и перекрытия | Включения |
| Нечеткие шарики | Пустоты и поры |
| Пробелы и неровности | Трещины |
| Лечение | |
| Разъединение | |
| Горячие точки | |
| Удары и расслоения |
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Эрб, Т. (2003). «Методика оценки дефектов конструктивных элементов из фибропластических композитов в автомобилестроении». Университет Дармштадта .
- ^ Гуд, М; Хуфенбах, В; Кох, я; Кошичев, Р. (2012). «Усталостные испытания полимеров, армированных углеродным волокном, под нагрузкой VHCF *». Тестирование материалов . 54 (11–12): 756–761. Бибкод : 2012MTest..54..756G . дои : 10.3139/120.110396 . ISSN 0025-5300 . S2CID 136596867 .
- ^ Хуфенбах, В. (2007). Текстильные композитные конструкции и технологии производства легких конструкций в машиностроении и автомобилестроении (Отчет). СДВ - Ди Медиан АГ.
- ^ Jump up to: а б с «Неразрушающий контроль углепластиков» . www.ndt.org . Проверено 16 декабря 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Рентгеновские лучи для НК композитов» . www.compositesworld.com . Проверено 16 декабря 2018 г.
- ^ Уннторсонн Р., Йонссон, член парламента, Рунарссон Т.П. (2004). «Методы неразрушающего контроля для оценки композитов из углеродного волокна». Конкурс . Бристоль: Бристольский университет.
- ^ Хойер Х, Шульце М (2011). «Вихретоковое испытание материалов из углеродного волокна с высоким разрешением». Международный семинар по SMART МАТЕРИАЛАМ, КОНСТРУКЦИЯМ и неразрушающему контролю в АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, конференция NDT, Канада, 2011 г.
- ^ «Suragus EddyCus получает награду JEC за инновации» . NDT.org . 22 июня 2013 г.
- ^ Остер Р. (2012). «Методологии неразрушающего контроля компонентов вертолетных волоконных композитов, вызовы сегодняшнего и будущего». Материалы конференции . 18-я Всемирная конференция по неразрушающему контролю. стр. 16–20.
- ^ Лопато П., Чади Т., Сикора Р. (2011). «Испытания композиционных материалов современными методами неразрушающего контроля». COMPEL — Международный журнал по вычислениям и математике в электротехнике и электронике . 30 (4): 1260–1270. дои : 10.1108/03321641111133172 .
- ^ Хойер Х, Шульце М (2011). «Вихретоковое испытание материалов из углеродного волокна с высоким разрешением». Международный семинар по интеллектуальным материалам, конструкциям и неразрушающему контролю в аэрокосмической отрасли, конференция NDT, Канада, 2011 г.
- ^ Леки, Калифорния, Паркер, Ф.Р. (2014). «Моделирование неразрушающего контроля и SHM для углепластиков». Техническая конференция Американского общества композитов; 29-е; 8-10 сентября 2014 г.