Приспособление для испытания препрега на схватывание (ASTM D8336)

Модель № WTF-PR (нержавеющая сталь)

Рис 1

Рис. 1: ASTM D8336 Приспособление для испытания препрега на схватывание

Этот недавно стандартизированный (2021 г.) метод испытаний направлен на измерение поверхностной адгезии, или "липкости", частично отвержденного (B-стадия) термореактивного композитного препрега. Приспособление для испытаний ASTM D8336 (рис. 1) включает две пары противоположных роликов диаметром 25 мм, прикрепленных к корпусу приспособления с помощью подшипников с низким коэффициентом трения. Передняя пара роликов выравнивает и поддерживает образец препрега, а задняя пара роликов обеспечивает уплотнение образца препрега, имитируя процесс укладки. Усилие уплотнения прикладывается двумя пружинами, установленными на концах нижнего заднего уплотняющего ролика. Величина усилия уплотнения может быть отрегулирована путем вращения двух винтов, соединяющих верхние части пружин с корпусом приспособления. Приспособление для испытаний крепится к основанию универсальной испытательной машины. Верхний конец образца вставляется в механические тиски, прикрепленные к датчику нагрузки над приспособлением.

Можно испытывать два типа образцов препрега (рис. 2), в зависимости от того, проводится ли измерение сцепления между двумя слоями препрега (метод I) или между слоем препрега и жесткой металлической подложкой (метод II). В обоих случаях полоса препрега имеет ширину 75 мм (3 дюйма) и длину не менее 215 мм (8,5 дюйма). Жесткая подложка, обычно пластина из нержавеющей стали, имеет ширину 80 мм (3,15 дюйма) и длину не менее 140 мм (5,5 дюйма).

Рис 2

Рис. 2: Образцы препрега для испытания на схватывание препрега.

Перед началом испытаний необходимо провести процедуру калибровки, чтобы соотнести число оборотов домкратных винтов с прилагаемым усилием уплотнения. Калибровка выполняется путем установки L-образного стального кронштейна в верхний захват и расположения короткого фланца кронштейна непосредственно под уплотняющим катком (рис. 3). Два винта домкрата затягиваются постепенно на одинаковое число оборотов, и полученное усилие измеряется тензодатчиком до величины не менее 100 Н (22,5 фунта). Строится калибровочная кривая, связывающая число оборотов винтов с результирующим усилием уплотнения.

Обновленный рис. 3-1

Рис. 3: Приспособление для испытания препрега на схватывание с установленным калибровочным кронштейном.

Для проведения испытания на схватывание препрега собранный образец препрега вставляется в испытательное приспособление между двумя комплектами противоположных роликов, причем слой препрега увеличенной длины располагается сверху. Этот слой препрега деформируется вверх вокруг подпружиненного уплотняющего ролика и вставляется в верхний захват (рис. 4). Когда траверса испытательной машины поднимается, происходит непрерывный процесс нанесения и отслаивания, когда препрег прижимается к подложке под заданным усилием и затем отслаивается по мере горизонтального перемещения подложки. Приложенное усилие и смещение траверсы измеряются испытательной машиной в течение двух фаз испытания. На первом этапе препрег покрывается тонкой пленкой, что приводит к снижению усилия, обусловленного только трением и изгибом препрега. Более высокий уровень силы во второй фазе также включает отслаивание препрега от второго слоя препрега или металлической подложки. Усилие отслаивания на единицу ширины получается путем вычитания среднего усилия на второй фазе из среднего усилия на первой фазе.

Рис 4

Рис. 4: ASTM Standard D8336 Приспособление для испытания препрега на схватывание, показано с образцом препрега.

Результаты испытаний могут использоваться для нескольких целей, включая количественное сравнение материалов препрегов-кандидатов в процессе выбора материала. Кроме того, липкость препрега имеет тенденцию к снижению со временем, но увеличивается при более высоких температурах и более высоких уровнях влажности. Поэтому результаты испытаний могут быть использованы для корректировки параметров процесса отверждения в связи с четырьмя важными факторами, влияющими на ламинирование: давлением, температурой, влажностью и временем нахождения в морозильной камере.

Источник дополнительной информации:

1) Стандарт ASTM D8336-21, "Стандартный метод испытания для характеристики схватывания препрегов с использованием непрерывной процедуры нанесения и отжима", ASTM International, Вест Коншохокен, Пенсильвания (впервые опубликован в 2021 году).

 

2) Адамс, Д.О., "Испытание композитного препрега на схватывание", CompositesWorld, том 8, № 7, июль 2022, стр. 6-7. Доступно онлайн по адресу https://www.compositesworld.com/articles/composite-prepreg-tack-testing.

 

3) Endruweit, A., Choong G. Y. H., Ghose, S., Johnson, B. A., Younkin, D. R., Warrior, N. A., and De Focatiis, D. S. A., "Characterisation of Tack for Uni-directional Prepreg Tape Employing a Continuous Application-and-peel Test Method," Composites Part A, Vol 114, 2018, pp. 295-306.

 

4) Кроссли, Р. Дж., Шубель, П. Дж. и Уорриор, Н. А., "Экспериментальное определение схватывания препрега и динамической жесткости", Композиты Часть А, Том 43, 2012, стр. 423-434.