в чем измеряется липкость
В чем измеряется липкость
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ЛЕНТА ПОЛИЭТИЛЕНОВАЯ С ЛИПКИМ СЛОЕМ
Polyethylene tape with adhesive layer. Specifications
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР
Ю.Б.Зимин, С.В.Остапчук, Т.А.Иваненко, В.С.Тхай
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26.06.86 N 1856
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, приложения
6. Срок действия продлен до 01.07.97 Постановлением Госстандарта СССР от 29.12.90 N 3720
7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (сентябрь 1994 г.) с Изменением N 1, утвержденным в декабре 1990 г. (ИУС 5-91)
Настоящий стандарт распространяется на полиэтиленовую ленту с липким слоем (далее лента), представляющую собой полиэтиленовую пленку-основу с нанесенной на нее клеевой композицией.
Лента предназначается для покрытия чистых, ровных поверхностей изделий технического назначения и для склеивания полиэтиленовых пленок, работающих в условиях эксплуатации от минус 40 до плюс 50°С.
Требования настоящего стандарта, кроме приложения 2, являются обязательными.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
1.1. Лента должна быть изготовлена в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.
1.2. Ленту получают нанесением на полиэтиленовую пленку марки Т толщиной 0,080 и 0,100 мм по ГОСТ 10354-82 клеевой композиции на основе полиизобутилена валковым или поливным методом.
1.3. По внешнему виду, линейным размерам и физико-механическим показателям лента должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 1. Дополнительные показатели ленты приведены в приложении 2.
Лента не должна иметь трещин, складок, разрывов, отверстий, пропусков клеевого слоя и посторонних включений в клеевом слое
60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 300
3. Толщина клеевого слоя, мм
4. Длина ленты, м, не менее:
в отдельном отрезке
5. Липкость, с, не менее
* Для ленты, полученной поливным методом.
** Для ленты, полученной валковым методом.
1. По согласованию с потребителем допускается изготовление ленты шириной до (1200±15) мм.
1.2, 1.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).
1.4. Намотка ленты в рулон должна быть плотной, без перекосов, края должны быть ровно обрезаны.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
Пример условного обозначения полиэтиленовой ленты с липким слоем толщиной 0,080 мм, шириной 50 мм с неокрашенной основой, первого сорта.
Лента ПЭ с липким слоем 0,080х50, Н, первый сорт ГОСТ 20477-86.
1.7. Коды ОКП ленты в зависимости от толщины пленки-основы, ширины, наличия красителя и сорта приведены в обязательном приложении 1.
2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
2.1. Лента не является токсичным материалом. Использование ее в комнатных или атмосферных условиях не требует мер предосторожности.
2.2. При производстве ленты необходимо соблюдать требования безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91, ГОСТ 12.1.010-76, ГОСТ 12.3.030-83.
2.3. Лента невзрывоопасна, при поднесении открытого огня загорается без взрыва и горит коптящим пламенем с образованием расплава и выделением газообразных продуктов, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в том числе ацетальдегид и окись углерода (табл.2).
В чем измеряется липкость
Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Авторизация
Статьи
Для повышения точности выкладки при изготовлении крупных деталей из полимерных композиционных материалов с использованием препрегов во всем мире широко используются методы автоматизированной выкладки ATL и AFP. Однако не все марки препрегов подходят для укладки этими способами – к ним предъявляются особые требования по технологической липкости, обеспечивающие точную фиксацию и ориентацию слоев, предусмотренных конструкторской документацией, а также легкое отделение от технологической подложки.
Стандартного метода определения липкости препрега не существует, поэтому в данной статье рассматриваются различные широко используемые в российской и зарубежной промышленности методы, делаются выводы об их точности, эффективности и применимости для различных технологий выкладки.
Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 13.2. «Конструкционные ПКМ» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
Введение
В мировой промышленности полимерные композиционные материалы (ПКМ) находят все более широкое применение. Они позволяют изготавливать детали с гарантированным уровнем прочностных свойств при существенном снижении массы, придавать деталям необходимые физические и химические характеристики в зависимости от реальных условий эксплуатации, обеспечивать повышение надежности и долговечности машин по сравнению с традиционными конструкциями. Изделия из ПКМ весьма технологичны: для их изготовления требуется минимальный объем механической обработки, существенно меньшая чем обычно трудоемкость сборки, простые методы и средства коррозионной защиты и т. д. [1–4].
В настоящее время ПКМ (стекло-, угле- и органопластики) благодаря своим уникальным свойствам нашли применение в различных отраслях промышленности [5–8]. Существует большое количество методов получения изделий из ПКМ, одним из которых является автоматизированная выкладка препрега [9, 10].
Современные технологии автоматизированной выкладки, такие как автоматизированные выкладки лент (ATL) и волокон (AFP), имеют чувствительность к уровню технологической липкости препрега. Липкость должна обеспечивать точную фиксацию и ориентацию слоев, предусмотренных конструкторской документацией, а также оптимальное отделение препрега от технологической подложки во избежание попадания неотделенной подложки в выкладываемую деталь или отрыва части волокон и связующего от препрега вместе с подложкой [11].
Под технологической липкостью (в отличие от функциональной – скотчи, одно- и двухсторонние, маркировочные и штрих-кодовые наклейки и т. п.) понимается свойство пограничных слоев препрега оказывать сопротивление разделению, перемещению находящихся в контакте поверхностей в процессе технологического цикла выкладки препрегов при формировании заготовки детали в соответствии с конструкторской документа-цией. Оценку липкости проводят при контакте между слоями препрегов, между слоем препрега и оснасткой, а также между препрегом и технологической подложкой [12].
В данной статье рассмотрен целый ряд существующих методов оценки липкости в разных областях производства. Анализируя эти материалы, можно сделать вывод, что стандартных методов для определения липкости препрега не существует [13, 14]. Обычно на практике уровень липкости препрега указан производителем как высокий, средний или низкий, что не дает возможности объективного контроля и сравнительной оценки липкости в условиях широкой кооперации – от изготовителя препрега до потребителя. Из-за отсутствия стандартного метода определения липкости препрега затруднено проведение входного и выходного контроля липкости материалов на всех этапах работы с препрегом. В данной статье рассматриваются различные методы определения липкости, применяемые в настоящее время в мировой и отечественной практике, и их сравнительный анализ [15].
Материалы и методы
Метод определения липкости при помощи вертикально расположенной
металлической плиты
Метод заключается в определении уровня липкости путем определения способности препрега удерживаться на вертикально расположенной плите. В качестве материала для плиты используется коррозионностойкая сталь с отполированной поверхностью и резиновый ролик Æ25,4 мм с тарированным усилием для прикатки препрега.
1. Испытание проводится при температуре 21±5°С и влажности до 60%.
2. Вырезаются образцы препрега размером 76,2×25,4 мм; укладка проводится под углом 0 град по длинной стороне.
3. Образец выкладывается на плиту и прикатывается роликом.
4. Второй образец препрега укладывается на первый с повторением прикатки роликом.
5. Плита устанавливается вертикально в специальном зажиме.
6. Липкость разделяется по категориям, обозначаемым римскими цифрами, и определяется по следующим признакам:
I – препрег жесткий, липкость препрега к самому себе и металлической плите отсутствует;
II – препрег практически сухой, но слегка драпируемый;
III – препрег прилипает к самому себе, но не имеет липкости к вертикальной металлической плите или может удержаться на ней до 30 мин;
IV – хорошая липкость – препрег прилипает к самому себе и к металлической плите, может удержаться на плите 30 мин и более;
V – условно высокая липкость – препрег прилипает к рукам или перчаткам, но при этом связующее на них не остается;
VI – высокая липкость – связующее при отлипании препрега от плиты остается на ее поверхности.
Данный метод является самым простым из приведенных в данной статье и имеет шкалу липкости, однако не является точным и сильно зависит от условий испытания – качества поверхности плиты, усилия и равномерности прикатки, а также массы образца препрега. Таким образом, его можно использовать только для грубой оценки липкости препрега и оценить пригодность препрега для ручного метода выкладки.
Метод катящегося ролика для определения липкости препрегов
Метод испытания предусматривает измерение пути, пройденного катящимся роликом по поверхности исследуемого препрега и измеряемого в мм. Используется металлический ролик массой 55 г, Æ15 мм, длиной 40 мм, разгонная площадка для ролика длиной 500 мм устанавливается под углом 5 град к поверхности препрега (рис. 1).
Рис. 1. Схема установки для измерения липкости
1. Испытание проводится при температуре 22±5°С и влажности до 60%.
2. Вырезается образец препрега размером 800×80 мм, выкладывается на основную панель без складок и вздутий и прикатывается роликом с тарированным усилием.
3. С разгонной площадки, расположенной под углом 5 град к основной панели, запускается ролик (путь разгона 500 мм).
4. После остановки ролика проводится замер длины пробега в мм (линейка закреплена на столе).
5. Испытания проводят путем замера десяти последовательных пробегов ролика (ролик протирается после каждого испытания тампоном, смоченным спирто-ацетоновой смесью).
1. Исключаются 2–3 замера с минимальным и максимальным значением.
2. С помощью оставшихся значений вычисляют среднее арифметическое, которое и является показателем липкости при температуре испытания.
Данный метод широко использовался в советской промышленности начиная с 1980-х годов для оценки липкости в основном растворных препрегов для ручной выкладки или намотки, которые по современным меркам имели довольно высокий уровень липкости. Значение пройденного роликом пути, полученное по данному методу, позволяет оценить липкость препрега, которая, однако, является сравнительной и не показывает реальную отрывную нагрузку. Пройденный путь также сильно варьируется при множественных испытаниях, что показывает недостаточную точность измерения липкости таким методом. Для данного метода не существует четкой шкалы, характеризующей липкость препрега, но при этом он не требует дорогостоящего оборудования для проведения оценочных испытаний.
Метод равномерного отрыва от субстрата
Метод основан на измерении силы равномерного отрыва круглых образцов Æ2 см препрега (адгезив) от разделительной пленки (субстрат). Испытуемый материал закрепляется на специальном вертикально перемещающемся штоке, разделительная пленка – на неподвижном столике. При этом регулируется сила и интервал прижима исследуемого образца к субстрату.
Для реализации методики используется специальная установка ИЛП, которая включает систему нагружения, силоизмеритель, устройство термостатирования и прибор, регистрирующий усилие отрыва адгезива от субстрата (рис. 2) [16].
Рис. 2. Схема установки ИЛП:
1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – стержень; 4 – столик с образцом; 5 – контактная поверхность; 6 – упругая стальная пластина; 7 – индукционный измеритель линейных перемещений; 8 – нагревательный элемент; 9 – терморезистор; 10 – дополнительные грузы; БУЭ – блок управления электродвигателем; РП – регистрирующий прибор; БУТ – блок управления термостатом
Контактная поверхность (пленка) имеет форму усеченной сферы, что обеспечивает хороший контакт с испытуемым материалом и уменьшает явления смачивания, в результате чего отрыв происходит по механизму симметричного отслаивания.
Для изучения процесса отрыва препрега от пленки используется датчик акустической эмиссии вязкого контактного отрыва.
Данный метод позволяет получать значения липкости препрега при различных температурах в числовом выражении, однако не является приближенным к реальным условиям переработки препрега, так как изучает адгезию не к оснастке или другим слоям препрега, а к субстрату – разделительной пленке или технологической подложке.
Метод определения липкости при помощи установки
на базе разрывной машины
В данном методе для имитации поверхности оснастки используется плита из нержавеющей стали. Образец препрега длиной 300 мм совместно с плитой протягивается через набор подпружиненных роликов и отделяется от плиты под углом 90 град. Первые 160 мм препрега образца имеют бумажную подложку с обеих сторон и используются для определения усилия протяжки, а с последних 140 мм нижняя подложка удалена, и образец этой стороной прилеплен к плите. Усилие фиксируется в процессе протяжки всего образца через приспособление.
Схема установки для проведения испытания липкости препрега на разрывной машине приведена на рис. 3. По результатам записи усилий протягивания ленты определяют липкость препрега путем вычитания значения усилия протяжки свободного конца образца из значения усилия протяжки прилепленного к плите участка образца (рис. 4). Проводят испытание от 3 до 5 образцов для усреднения значения липкости. Статистический анализ показывает некоторый разброс значений липкости, по которому можно оценить однородность липкости препрега.
Рис. 3. Схема проведения испытания липкости препрега на разрывной машине
Рис. 4. График процесса, полученный при испытании липкости препрега на разрывной машине
Данный метод показывает наименьший разброс результатов при испытании образцов однонаправленных препрегов, которые чаще всего используются в автоматизированных методах выкладки. Липкость также зависит от температуры, при которой проводится испытание, скорости протяжки, усилия прижима препрега роликами и качества поверхности оснастки, однако эти параметры можно зафиксировать, приблизив к реальным условиям, при которых будет происходить выкладка данного препрега.
В рамках реализации данного метода в мировой практике часто используется приспособление, разработанное для изучения сопротивления отслаиванию клеев и адгезивов методом «плавающего ролика» по стандарту ASTM (рис. 5).
Рис. 5. Приспособление для изучения сопротивления отслаиванию методом «плавающего ролика»
Лента пререга шириной 12 мм аналогично описанному выше процессу прикатывается к металлической плите, свободный конец препрега с подложкой протягивается через систему жестких (не подпружиненных) роликов с постоянной скоростью 152 мм/мин, при этом фиксируется усилие отслаивания. Данное приспособление является стандартным, но требует предварительной равномерной прикатки препрега к плите.
Использование данного метода позволяет получить численные значения липкости препрега при условиях, близких к автоматизированной выкладке, так как система роликов аналогична прикаточным роликам установок для автоматизированной выкладки, имеет стандартизированные приспособления, что позволяет достигать воспроизводимости результатов измерений, но требуются дорогостоящее испытательное оборудование и оснастка.
Результаты и заключения
Описанные методы определения липкости при помощи вертикально расположенной металлической плиты и определения липкости препрегов с помощью катящегося ролика просты с точки зрения требуемых устройств, но имеют меньшую точность и воспроизводимость получаемых результатов. Эти методы используются при оценке липкости препрегов, применяемых для ручной выкладки, но точности получаемых с их помощью результатов недостаточно при использовании автоматических технологий выкладки препрега. При методе равномерного отрыва от субстрата используется экспериментальное оборудование и образцы специальной формы, что не позволяет широко применять его в авиационной промышленности и однозначно сопоставлять результаты с реальными условиями выкладки.
Более сложный и дорогостоящий метод определения липкости с использованием разрывной машины имеет очень большой потенциал развития, так как позволяет проводить очень точные измерения липкости (при широком диапазоне изменения условий окружающей среды) и наиболее приближен к условиям автоматизированной выкладки. В этом методе можно использовать стандартизированное оборудование и приспособления, что позволяет увеличить воспроизводимость результатов.
В чем измеряется липкость
Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Авторизация
Статьи
В данном обзоре рассматривается свойство липкости препрегов, которое влияет на технологические параметры в процессе выкладки заготовки деталей из полимерных композиционных материалов. Рассмотрены различные методы определения липкости, достоинства и недостатки этих методов. Показано, что липкость препрегов зависит от температуры и условий хранения препрегов. Разработанный в ВИАМ материал ВКУ-25 позволит осуществлять автоматизированную технологию при изготовлении заготовок деталей из полимерных композиционных материалов
Введение
В настоящее время полимерные композиционные материалы (ПКМ) широко используются в промышленности – в частности, авиационной и ракетно-космической. Конструкции из ПКМ обладают высокими физико-механическими характеристиками, изделия и конструкции из них получаются прочными, надежными и легкими, по сравнению с традиционными материалами. Следует отметить, что использование стекло- и углепластиков снижает массу конструкции без уменьшения физико-механических характеристик [1–3].
Изделия из ПКМ можно получить множеством методов – например, автоматизированной выкладкой препрегов. Автоматизированная выкладка позволяет увеличить качество продукции и уменьшить расход препрега и бракованных изделий, однако такая выкладка чувствительна к липкости препрега.
Данный аналитический обзор выполнен в рамках реализации комплексного научного направления 13. «Полимерные композиционные материалы», комплексная проблема 13.2. «Конструкционные ПКМ» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [4].
Липкость: влияющие параметры, методы определения
В настоящее время используются два автоматизированных процесса для выкладки однонаправленных препрегов – автоматизированная выкладка лент ATL (Automated Tape Laying) и автоматизированная выкладка волокон AFP (Automated Fiber Placement). В процессе ATL используется широкая лента (75, 150 и 300 мм), которая выкладывается на оснастку и прикатывается роликом, в процессе AFP применяется узкая лента (3,2; 6,4 и 12,7 мм), собирающаяся на выкладочной головке. Ленты определенного размера должны быть смотаны в бобины. Волокна препрегов должны не расщепляться по длине и ширине в ленте [5–7]. Для простых изделий, имеющих небольшую кривизну поверхности, берут широкую ленту – например, для деталей самолета МС-21 выкладку осуществляют лентой шириной 150 мм (рис. 1, а). Для сложных схем укладки ленты подбирают индивидуально, при этом выкладка может обеспечивать изготовление заготовки с отверстиями благодаря возможности обрезки каждой из лент в нужном месте (рис. 1, б), что обеспечивает экономию дорогостоящего материала.
Рис. 1. Автоматизированная выкладка препрегов методами ATL (а – для простых изделий) и AFP (б – для изделий сложной конфигурации)
Впервые в российской практике в процессе производства крупногабаритных деталей применены высокоэффективные технологии изготовления с широким внедрением автоматизации технологических процессов. Автоматизация процессов раскроя и выкладки препрегов, применяемая в производстве кессонов киля и стабилизаторов самолета МС-21, позволяет существенно повысить экономическую эффективность изготовления изделий, при обеспечении высокого уровня физико-механических свойств и их повторяемости от изделия к изделию.
В ВИАМ разработан материал ВКУ-25, который позволяет реализовывать оба процесса. Для процесса ATL препрег нарезается шириной 150 мм, для процесса AFP – шириной 6,35 мм с последующей намоткой на бобины, используемые в установках для процесса AFP (рис. 2). Углепластик ВКУ-25 был успешно опробован при технологических процессах ATL и AFP в ПНИПУ и ОНПП «Технология».
Эффективность процесса ATL во многом зависит от липкости препрега, которая, как правило, определяется производителем как высокая, средняя или низкая с использованием субъективных тактильных ощущений специалиста по соответствующей технологии в сочетании с методом катящегося ролика [8]. Препреги для укладки этим методом должны легко отделяться от подложки, чтобы часть препрега или смолы не оставалась на ней, но при этом прилипать к оснастке. Между слоями материала также должна быть хорошая адгезия. Таким образом, липкость характеризует качество адгезии. При недостаточной адгезии происходит отслаивание материала от оснастки или предыдущих слоев препрега (рис. 3), что делает реализацию процесса невозможной. Препрег также должен принимать любую конфигурацию формовочной поверхности.
Рис. 2. Бобины с наматывающимися лентами
Рис. 3. Отслаивание препрега от подложки
Если у препрега отсутствует липкость, то либо истек срок годности, либо частично прошел процесс отверждения материала. Такие препреги плохо отверждаются и не пригодны для дальнейшего использования (исключение – часть полиимидных смол, так как они обладают низким уровнем липкости). После изготовления должна быть возможность регулировать вязкость связующего, подбирая необходимые технологические параметры. Важно контролировать липкость препрега, чтобы обеспечить задачу послойной укладки.
Липкость зависит от многих факторов – в частности, от реологии и содержания связующего и летучих веществ, а также от условий окружающей среды. Она может характеризоваться количественно – это удельная сила отрыва или сдвига [9].
Липкость является одним из важнейших свойств, которое регулирует способность препрега к прокатке. Измерение липкости является не решенной до конца проблемой, вызывает некоторые трудности и может приводить к погрешности определения. Фактически, липкость материала оценивается тактильно при удалении пальца от поверхности. Количественное определение остается проблемой, поскольку сила и энергия разрыва играют не последнюю роль. Липкость – это свойство, необходимое для получения достаточной связи (адгезии) между смежными слоями препрега, которая должна быть не слишком высокой, чтобы слой препрега мог быть перемещен с подложки на выкладываемую поверхность [10]. Липкость также может быть определена как неполное соединение под воздействием контактного давления в течение короткого времени контакта [11].
Липкость описывают как основное вязкоупругое свойство препрега. С помощью анализа этого свойства можно определить четыре характеристических параметра материала: модуль релаксации, модуль без релаксации, время релаксации и начальное содержание пустот в препреге. Модули не зависят от температуры, в то время как время релаксации сильно зависит от нее, а также от вязкости матрицы. На время релаксации влияет количество смолы и волокон в препреге. Эти параметры также влияют на начальное содержание пустот в препреге [11].
Ранее авторами работы [11] липкость была определена как усилие отрыва при разделении двух пластин, связанных вязкой жидкостью. Количественный анализ показал линейную зависимость между силой липкости и вязкостью. Однако при высоких скоростях отделения пластин друг от друга экспериментальные данные отклонились от теоретических. Теория вязкого течения не была признана применимой по отношению к липкости, так как в большей степени она относилась к адгезивам [11].
Параметры, влияющие на липкость [12]:
– время контакта – время, в течение которого испытательный зонд и адгезив находятся в контакте под нагрузкой;
– контактная нагрузка – нагрузка в течение времени контакта;
– скорость разделения сформированного соединения;
– природа поверхности испытательного зонда;
– шероховатость поверхности испытательного зонда;
Адгезия измеряется удельной работой разрыва, которая необходима для разделения поверхностей, на единицу площади. При адгезионном отрыве нарушается взаимодействие между молекулами двух фаз. Методы измерения адгезии основаны на равномерном или неравномерном отрыве и сдвиге. Два последних метода по отношению к препрегам применить трудно из-за их способности вытягиваться при продольной нагрузке, поэтому за основу был выбран метод равномерного отрыва.
Когезия характеризует межмолекулярное сцепление внутри одной фазы, при когезионном отрыве нарушается взаимодействие между однородными молекулами в одной фазе.
«Мокрое» (когезионное) отлипание наблюдается в жидкоподобных смолах, которое приводит к образованию нитей смолы. Такие нити в значительном количестве остаются на пластине при низких скоростях подачи, поэтому достигается высокая адгезия между оснасткой и роликом. «Сухое» (межфазное) отлипание происходит в жестких материалах с небольшим или совсем незначительным осаждением смолы на
пластине, метод характеризуется низкой адгезией (рис. 4).
Рис. 4. Модели отлипания препрега с «сухим» или межфазным разрушением (а) и «мокрым» или когезионным разрушением (б)
В работе [13] рассматриваются и сравниваются различные методы определения липкости препрега; компания ChemInstruments разрабатывает приборы для определения липкости [14].
1. Метод определения с помощью вертикально расположенной металлической плиты основан на прикатывании роликом материала к пластине, которую затем ставят вертикально и оценивают степень удерживания препрега на пластине, т. е. липкость. Этот метод прост, но позволяет лишь грубо оценить липкость препрега, так как зависит от условий испытания. Оценивается пригодность для ручной выкладки.
2. Метод катящегося ролика (катящегося шарика) основан на измерении длины пробега катящегося ролика (шарика). Ролик (шарик) с разгонной площадки катится по препрегу и останавливается. Замеряется длина пробега ролика (шарика). Простой, недорогой метод, позволяет сравнить липкость препрегов, так как не показывает значения отрывной нагрузки. Используется для оценки пригодности ручной выкладки.
3. Метод равномерного отрыва [9, 15] – исследуется адгезия к подложке, а не к оснастке или другим слоям препрега. Измерение производится с помощью специального прибора.
В работе [9] описана методика измерения липкости препрегов, в основе которой лежит метод равномерного отрыва. Методика основана на измерении силы отрыва круглых образцов препрега (диаметром 2 см) от разделительной пленки.
В работе [15] использован метод равномерного отрыва с акустической эмиссией (датчик), связанной с когезионным разрушением адгезионных соединений. При акустической эмиссии происходит излучение механических волн от материала, которое
вызвано перестройкой внутренней структуры. Количественно липкость выражается усилием отрыва, которое приходится на единицу площади.
4. Метод определения с помощью установки на базе разрывной машины. Условия проведения опыта можно приблизить к реальным условиям, оцениваются препреги для автоматизированных методов выкладки. Этим методом оценивается однородность липкости.
5. Метод определения «петлевой» липкости. Определяется сила, необходимая для отделения петли из препрега определенной ширины (адгезивом наружу) от пластины, имитирующей оснастку. Петлю приводят в контакт с поверхностью, отделяют и фиксируют силу, необходимую для отрыва.
6. Метод определения с использованием зонда. Возможно регулирование параметров, которые влияют на липкость. Плоский зонд контактирует с препрегом, отделяется, и прибор фиксирует значение липкости.
7. В патенте 1716398 (1992 г.) запатентовано устройство для определения липкости препрегов и клейких лент [16], которое предназначено для уменьшения трудоемкости при определении липкости, оно позволяет также увеличить точность исследования. В отличие от устройства, содержащего подвижный зонд, которое не позволяет оперативно определять липкость, данное изобретение имеет контактный элемент, позволяющий измерить липкость с высокой точностью и меньшей трудоемкостью.
8. В патенте 2549469 (2004 г.) запатентован прибор для количественного измерения липкости прерпегов [17]. Липкость определяется на основании величины тягового усилия, которое затрачивается на перемещение платформы с образцом, контактирующим с роликом. При измерении липкости не достигаются реальные условия использования препрега, поэтому по результатам измерения невозможно точно предсказать, как поведет себя тот или иной материал при выкладке на обогреваемую
платформу.
В работе [9] изучали кинетику отрыва поверхности от препрега на основе связующего ЭДТ-69Н (рис. 5). Видно, что с увеличением температуры сила отрыва уменьшается.
Рис. 5. Зависимость липкости препрега от температуры для угле- (1), органо- (2) и стеклолент (3)
Рис. 6. Зависимость липкости препрега от температуры при различных сроках хранения:
1 – в исходном состоянии; 2, 3 – после 4 и 60 дней соответственно
В работе [18] исследовали влияние продолжительности хранения препрега из стеклоткани Т-10-80 и связующего ФПР-520 на изменение липкости. Полученные результаты показали, что кривые имеют максимум, после достижения которого с течением времени липкость снижается (рис. 6). В этой же работе сравнили липкость препрега со связующим ФПР-520 и препрега с этим же связующим, в который добавили дисперсный наполнитель Al(OH)3. При температуре 22–45°С липкость меньше у препрега со связующим с дисперсным наполнителем (рис. 7).
Рис. 7. Зависимость липкости препрегов на основе связующих ФПР-520 (1) и ФПР-520М (2) от температуры
Зависимость липкости препрегов от температуры позволяет при автоматизированной выкладке обеспечивать легкое отделение препрега от подложки и проход по лентотракту при пониженной температуре без налипания препрега на ролики, а также хорошую адгезию к оснастке и к слоям препрега за счет нагрева до температуры повышенной липкости.
В работе [11] протестирован ряд стандартных методов исследования липкости, которые включали катящийся шар, прочность на отрыв, фрикционную ленту и методы перевернутого зонда. Во всех этих методах получаются значения, которые отражают различные явления. Это затрудняет интерпретацию данных с точки зрения фундаментальных физических свойств, которые определяют физический смысл липкости, и может быть связано с методами определения, а также с субъективными методами измерения.
В работе [19] рассмотрены методы определения липкости с помощью испытательного зонда и отслаивания. С учетом проблем, существующих в данных методах, авторы разработали новый метод определения липкости. Так, оказалось, что метод испытательного зонда, чувствителен к шероховатости поверхности, которая вызвана волокнами и смолой, распределенными внутри образца. Этот метод, однако, считается менее подходящим для определения липкости препрега, выложенного методом ATL, из-за повышенной чувствительности к поверхностным и объемным воздушным каналам, кавитации, а в случае наличия непропитанных связующим мест дает неверный
результат.
Метод отслаивания также имеет недостатки: отдельные этапы отслаивания не могут быть рассмотрены отдельно, что не дает возможности изучить досконально механизм процесса. Существуют значительные трудности в разделении усилия изгиба от адгезионных сил, так как препрег не может быть рассмотрен как жесткая подложка.
С учетом данных проблем разработан новый метод – метод «плавающего» ролика, который модифицировали путем использования уплотняющего ролика. Значение липкости, полученное этим методом, считается аналогичным значению работе адгезии. Хотя это метод считается непригодным для анализа различных степеней липкости, но вполне применим для сравнения материалов. Метод используется для определения этой характеристики для процессов ATL и ручной выкладки.
В ВИАМ разработан материал ВКУ-25, который успешно опробован при изготовлении деталей крыла самолета МС-21 и элементов конструкции мотогондолы двигателя ПД-14. Это позволит успешно изготавливать композитные конструкции серийных изделий методом автоматизированной выкладки.
В настоящее время разрабатывается технология производства препрегов, адаптированных к автоматизированной выкладке на установке Coatema BL-2800с использованием наполнителей, изготавливаемых фирмой UMATEX. Данные препреги с толщиной монослоя 0,18–0,20 мм, на рабочую температуру не менее 120°С, предназначены для применения в конструкции хвостового оперения самолета МС-21.