Тестирование углеродного волокна - это набор различных тестов, которые исследователи используют для характеристики свойств углеродного волокна. Результаты испытаний используются, чтобы помочь изготовителю и разработчикам в выборе и проектировании композитных материалов, производственных процессов, а также для обеспечения безопасности и целостности. Критические для безопасности компоненты из углеродного волокна, такие как конструктивные детали машин, транспортных средств, самолетов или архитектурных элементов, подлежат испытаниям.
Введение [ править ]
Пластик, армированный углеродным волокном, и армированные полимеры приобретают все большее значение как легкие материалы. Существуют различные дисциплины для испытаний материалов, которые особенно применимы к материалам из углеродного волокна. Чаще всего используются деструктивные тесты, такие как стресс-тесты, тесты на усталость и микросрезы. Существуют также методы, позволяющие проводить неразрушающий контроль (NDT), поэтому материал можно использовать после испытаний. Распространенными методами являются ультразвуковые , рентгеновские , высокочастотные вихретоковые, радиоволновые испытания или термография . [1] Кроме того, методы Structural Health Monitoring (SHM) позволяют проводить тестирование во время применения.
Методы тестирования [ править ]
Разрушительное испытание [ править ]
Важные с точки зрения безопасности детали из углеродного волокна, такие как рамы самолетов, необходимо испытывать разрушающим образом (например, напряжение, усталость) и неразрушающим способом (например, ориентация волокон, расслоение и сцепление). [1] Три типа разрушающих испытаний: микросрезы, стресс- тесты и тесты на усталость . Одной из форм испытаний на усталость компонентов из углеродного волокна является очень многоцикловая усталость (VHCF). Общие методы испытаний VHCF - это ультразвуковые или резонансные испытания на растяжение, сжатие или кручение. [2] Как правило, разрушающие испытания проводятся для проверки механических свойств, тогда как неразрушающий контроль используется для мониторинга и управления производственным процессом деталей из углепластика. [3]
Неразрушающий контроль [ править ]
Аэрокосмическая промышленность полагается на термографические испытания, которые помогают обнаружить дефекты в компонентах из углеродного волокна. [4] Ультразвуковой контроль деталей из углепластика - самая популярная форма неразрушающего контроля. [5] Ультразвуковой контроль позволяет исследователям обнаруживать любые аномалии в тонких ламинарных композитах. [5] Ультразвуковой контроль работает только с деталями толщиной не более 50 мм. [5] При радиографическом контроле используется коротковолновое электромагнитное излучение. Длина волны настолько мала, что она может проникать через углепластик, а свет - нет. [5] Рентгеновский контроль может обнаруживать пустоты, пористость, включения, трансламинарные трещины, соотношение количества смолы к волокну, неравномерное распределение волокон и ориентацию волокон, например складки волокон, складки или линии сварки.[5] Недостаток рентгеновского контроля заключается в том, что если дефект перпендикулярен 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 отказу компонента из углеродного волокна, что приведет к катастрофе. [4] Существует два типа термографии: активный и пассивный. Оба этих метода экономят деньги, потому что тестируемая деталь остается нетронутой. Они также эффективны, потому что могут сканировать большие площади за раз. [4] Поскольку композиты из углеродного волокна очень индивидуальны по форме и составу материала, новые неразрушающие испытания становятся все более востребованным применением. [6] Применимые технологии - радиоволновые испытания, [7]высокочастотный вихретоковый контроль, [8] термография , ширография, [9] лазерное ультразвуковое исследование с воздушной связью и терагерцовое сканирование. [10]
Типичные эффекты и дефекты [ править ]
Требования к целостности конструктивно значимых частей зависят от конкретного производителя. Однако обычно подходящими критериями качества текстуры являются ориентация волокон, зазоры, складки, перекрытия, искажения, волнистость, однородность [11], а также дефекты расслоения матрицы, включения, трещины, отверждение, пустоты, отслоение. [12] Кроме того, важными характеристиками являются удельный вес или объемное содержание углеродного волокна. Обычно дефекты и эффекты в материалах из углеродного волокна классифицируются в зависимости от их местоположения как структурные дефекты (связанные с углеродным волокном) и дефекты матрицы (связанные со смолой). Эффекты, связанные с углеродным волокном, проверяются методами рентгеновского и высокочастотного тестирования, тогда как эффекты матрицы обычно проверяются ультразвуковыми и термографическими методами.
| Структурные дефекты | Матричные дефекты |
|---|---|
| Искажения и перекосы | Расслоение матрицы |
| Морщины и нахлёстки | Включения |
| Нечеткие шары | Пустоты и поры |
| Разрывы и волнистости | Трещины |
| Лечение | |
| Отсоединение | |
| Горячие точки | |
| Удары и расслоения |
См. Также [ править ]
- Полимер, армированный углеродным волокном
- Углерод (волокно)
- Неразрушающий контроль
Ссылки [ править ]
- ^ а б Эрб, Т. (2003). "Methodik zur Bewertung von Fehlern in Strukturbauteilen aus Faser-Kunststoffverbunden im Automobilbau". Дармштадтский университет .
- ^ Гуде, М; Hufenbach, W; Кох, I; Koschichow, R (2012). «Испытание на усталость полимеров, армированных углеродным волокном, при нагружении VHCF *». Испытания материалов . 54 (11–12): 756–761. DOI : 10.3139 / 120.110396 . ISSN 0025-5300 .
- ^ Hufenbach, W. (2007). «Текстильные композитные конструкции и производственные технологии для облегчения конструкции в машиностроении и автомобилестроении». SDV - Die Median AG. Cite journal requires
|journal=(help) - ^ a b c «Неразрушающий контроль пластмассы, армированной углеродным волокном» . www.ndt.org . Проверено 16 декабря 2018 .
- ^ a b c d e f "Рентгеновские лучи для неразрушающего контроля композитов" . www.compositesworld.com . Проверено 16 декабря 2018 .
- ^ Unnthorsonn R, Йонссон MP, Рунарссон TP (2004). «Методы неразрушающего контроля для оценки композитов из углеродного волокна». Comptest . Бристоль: Бристольский университет.CS1 maint: uses authors parameter (link)
- Перейти ↑ Heuer H, Schulze M (2011). «Вихретоковый контроль материалов из углеродного волокна с высоким разрешением». Международный семинар по УМНЫМ МАТЕРИАЛАМ, КОНСТРУКЦИЯМ И НК в АЭРОКОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ, Конференция по неразрушающему контролю, Канада 2011 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
- ^ JEC Composites, Innovation Award NON DESTRUCTIVE TESTING (2013). «Неразрушающий контроль изделий из углеродного волокна (сухие ткани и композиты) без сцепления» .CS1 maint: uses authors parameter (link)
- Перейти ↑ Oster R (2012). «Методы неразрушающего контроля волоконных композитных компонентов вертолетов - вызовы сегодня и в будущем». 18-я Всемирная конференция по неразрушающему контролю . Материалы конференции: 16–20.
- ^ Lopato Р, Т Chady, Сикора R (2011). «Испытания композитных материалов передовыми методами неразрушающего контроля». COMPEL: Международный журнал вычислений и математики в электротехнике и электронной технике . 30 (4): 1260–1270. DOI : 10.1108 / 03321641111133172 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
- Перейти ↑ Heuer H, Schulze M (2011). «Вихретоковый контроль материалов из углеродного волокна с высоким разрешением». Международный семинар по интеллектуальным материалам, конструкциям и неразрушающему контролю в аэрокосмической отрасли, Конференция по неразрушающему контролю, Канада, 2011 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
- ^ Leckey CAC, Parker FR (2014). «Моделирование неразрушающего контроля и SHM для композитов из углепластика». Техническая конференция Американского общества композитов; 29th; 8-10 сентября 2014 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
Внешние ссылки [ править ]
- Видео о 3D-испытании преформ из углеродного волокна
