ИСТИНА

Основная функция матрицы в композиционных материалах (КМ) – равномерно распределять нагрузку между армирующими волокнами, поэтому состояние граничного слоя «волокно–матрица» во многом определяет степень реализации прочности армирующего наполнителя в композите. В связи с этим, изучение прочности в элементарной ячейке «волокно-матрица» является актуальной задачей для достижения максимальных физико-механических характеристик волокнистых КМ. Важно, что имеющиеся микромеханические методы прямого измерения не позволяют работать со сверхтонкими волокнами с низкой когезионной прочностью. В этой связи, целью работы являлась разработка и апробация методики определения адгезионных свойств в системе «волокно-матрица», применимой к волокнам микрометрических размеров (углеродным волокнам). В качестве тестовой системы для апробации разрабатываемой методики был выбран эпоксидный олигомер ЭД-20 (Россия), отверждающий агент диэтилентриамин и углеродное волокно (УВ) Toho Tenax HTS-F13-12K (Япония). Разработанная методика принципиально отличается от описанных ранее тем, что специальное оборудование для получения образцов элементарных ячеек КМ позволяет регулировать глубину погружения волокна в связующее с последующим отверждением. Таким образом, варьируя удельную поверхность волокна в матрице, достигаем условия, когда прочность системы «волокно-матрица» ниже когезионной прочности волокна. Для реализации данной методики, получившей название DROP-STING TEST, разработан способ управляемого прецизионного позиционирования компонентов тестового образца по осям Ох, Оу, Oz. Полученные образцы после фиксации в держателях рамочного типа испытывали на разрывной машине Zwick/Roell Z010 (Германия). Установлено, что после вырывания волокна из матрицы на нем остается мениск. Получены деформационно-прочностные зависимости, на которых идентифицирован пик, соответствующий прочности мениска, напряжение разрушения и модуль упругости системы. Зафиксировано мгновенное удаление волокна после разрушения адгезионного контакта. Установлено, что механизм разрушения системы УВ–эпоксидное связующее – адгезионный. Рассчитано средне взвешенное значение адгезионной прочности в системе УВ–эпоксидное связующее 51 МПа с коэффициентом вариации 12%. Показано, что с ростом площади адгезионного контакта значения адгезионной прочности на межфазной границе волокно-связующее снижаются.