Оценка смачиваемости наполнителя связующим в процессе изготовления препрега с воздействием ультразвука для трехмерной печати филаментами, армированными непрерывным углеродным волокном

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

На основе изучения результатов процесса пропитки с воздействием ультразвука жгута углеродных волокон эпоксидной смолой с отвердителем полиэтиленполиамин при изготовлении полуфабриката филаментов – термопластичных нитей, использующихся в аддитивных технологиях печати композиционными материалами, установлено существенное улучшение смачиваемости волокон связующим, проявляющееся в уменьшении краевого угла смачивания с 70–77° до 35–40°, что свидетельствует о возможности более полной и равномерной пропитки жгута и, соответственно, о лучшем перераспределении внешних нагрузок между матрицей и наполнителем как в пределах монослоя, так и всего изделия за счет включения в работу максимального числа волокон. С использованием уравненияЮнга – Дюпре рассчитана работа адгезии связующего к волокну и показано, что воздействие ультразвука в процессе пропитки волокон способствует повышению работы адгезии в среднем на 39.7%, что наряду с упомянутым выше улучшением равномерности пропитки может значительно повысить прочность изделий, напечатанных композиционными филаментами, армированными непрерывным углеродным волокном.

Об авторах

Ирина Владимировна Злобина

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0000-0002-2331-7444
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Николай Валерьевич Бекренев

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0000-0002-7457-1020
Scopus Author ID: 6506930142
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Данила Олегович Чуриков

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.

ORCID iD: 0009-0002-7389-9419
ResearcherId: HNB-5738-2023
410054, Саратов, ул. Политехническая, 77

Список литературы

  1. Гибсон Я., Розен Д., Стакер Б. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое производство. М. : ТЕХНОСФЕРА, 2016. 656 с.
  2. Bikas H., Stavropoulos P., Chryssolouris G. Additive Manufacturing methods and modeling approaches: A critical review // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016. Vol. 83. P. 389–405. https://doi.org/10.1007/s00170-015-7576-2
  3. Михайлин Ю. А. Специальные полимерные композиционные материалы. СПб. : Научные основы и технологии, 2008. 660 с.
  4. Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. 2-е изд. СПб. : Научные основы и технологии, 2010. 822 с.
  5. Балашов А. В., Маркова М. И. Исследование структуры и свойств изделий, полученных 3D-печатью // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1 (52). С. 66.
  6. Петров В. М., Безпальчук С. Н., Яковлев С. П. О влиянии структуры на прочность изделий из пластиков, получаемых методом 3D-печати // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2017. Т. 9, № 4. С. 765–776. https://doi.org/10.21821/2309-5180-2017-9-4-765-776
  7. Matsuzaki R., Ueda M., Namiki M., Jeong T. K., Asahara H., Horiguchi K., Nakamura T., Todoroki A., Hirano Y. Three-dimensional printing of continuous-fiber composites by in-nozzle impregnation // Sci. Rep. 2016. Article number 23058. https://doi.org/10.1038/srep23058
  8. Ning F., Cong W., Qiu J., Wei J., Wang S. Additive manufacturing of carbon fiber reinforced thermoplastic composites using fused deposition modeling // Composites Part B-engineering. 2015. Vol. 80. P. 369–378. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.06.013
  9. Invernizzi M., Natale G., Levi M., Turri S., Griffini G. UV-Assisted 3D Printing of Glass and Carbon Fiber-Reinforced Dual-Cure Polymer Composites // Materials. 2016. Vol. 9, iss. 7. P. 583. https://doi.org/10.3390/ma9070583
  10. Polyzos E., Katalagarianakis A., Van Hemelrijck D., Pyl L., Polyzos D. A. Multi Scale Analytical Methodology for the Prediction of Mechanical Properties of 3D-printed Materials with continouos Fibres // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 36. Article number 101394. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101394
  11. Wang F., Wang G., Zhang Z., Ning F. Fiber-matrix Impregnation Behavior During Additive Manufacturing of continouos Carbon Fiber reinforced Polylactic Acid Composites // Additive Manufacturing. 2021. Vol. 37. Article number 101661. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101661
  12. Кулезнев В. С., Шершнев А. С. Химическая и физическая модификация полимеров. М. : Химия, 1990. 207 с.
  13. Студенцов В. Н. Физическая модификация армированных реактопластов // Вестник СГТУ. 2011. № 4, вып. 3. C. 209–218.
  14. Негров Д. А. Влияние энергии ультразвуковых колебаний на структуру и свойства полимерного композиционного материала на основе политетрафторэтилена: дис. … канд. техн. наук. Омск, 2009. 123 с.
  15. Хозин В. Г., Каримов А. А., Череватский А. М., Полянский А. А., Мурафа А. В. Модифицирование эпоксидных композиций ультразвуком // Механика композиционных материалов. 1984. № 4. С. 702–706.
  16. Хмелев В. Н., Башара В. А., Никитин А. А., Цыганок С. Н., Барсуков Р. В. Создание ультразвуковой установки для пропитки изделий из композиционных полимерных материалов // Композиты – в народное хозяйство России (Композит ’99) : сборник международной научно-технической конференции: тезисы докладов. Барнаул : AлтГТУ, 1999. С. 42–43.
  17. Хмелев В. Н., Барсуков Р. В., Цыганок С. Н., Сливин А. Н., Хмелев М. В. ; Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова». Устройство для ультразвуковой пропитки. Патент № 2224649 РФ, МПК В29В 15/10, С08J 7/18, В05С 3/12. Заявка 2003104729/15, 17.02.2003 ; опубликовано 27.02.2004, 10 с.
  18. Волков С. С., Бигус Г. А., Ремизов А. Л. Технология и оборудование для ультразвуковой сварки полимерных композиционных материалов // Пластические массы. 2018. № 5-6. С. 50–55. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2018-5-6-50-55
  19. Хмелев В. Н., Хмелев С. С., Цыганок С. Н., Титов Г. А. Ультразвуковая пропитка полимерных композиционных материалов // Южно-Сибирский научный вестник. 2012. № 2. С. 193–196.
  20. Хмелев В. Н., Хмелев С. С., Карзакова К. А., Голых Р. Н. Повышение эффективности ультразвукового воздействия при производстве высоконаполненных композиционных материалов // Южно-Сибирский научный вестник. 2012. № 2. С. 189–192.
  21. Khmelev V. N., Khmelev S. S., Tsyganok S. N., Titov G. A. The Ultrasonic Impregnation of Polymer Composite Materials // Inernational Workshop and Tutorias on Electron Devices and Materials, EDM. Proceedings. 2012. P. 170–173.
  22. Lionetto F., Dell’Anna R., Montagna F., Maffezzoli A. Ultrasonic Assisted Consolidation of Commingled Thermoplastic/Glass Fiber Rovings // Front. Mater. 2015. Vol. 2. P. 32. https://doi.org/10.3389/fmats.2015.00032
  23. Smirnov S. V., Veretennikova I. A., Konovalov D. A., Michurov N. S., Osipova V. A., Pestov A. V. Effect of hardeners on the mechanical properties of epoxy coatings based on ED-2 resin // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2023. Iss. 1. P. 6–16. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2023.1.006-016
  24. Нуштаева А. В., Мельникова К. С., Просвирнина К. М., Нуштаева С. А. Измерение краевого угла методом сидячей капли на вертикальной поверхности // Фундаментальные исследования. 2015. № 2-13. С. 2855–2859.
  25. Богданова Ю. Г. Адгезия и ее роль в обеспечении прочности полимерных композитов : учебное пособие. М. : МГУ им. М. В. Ломоносова. 2010. 68 с.
  26. Берлин А. А. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология. СПб. : Профессия, 2009. 556 с.
  27. Богданова С. А., Слобожанинова М. В., Вашурин С. А., Дебердеев Р. Я., Барабанов В. П. Растекание эпоксидной смолы и полиэфира на поверхности субстратов с различной полярностью // Структура и динамика молекулярных систем. Яльчик-2002 : сборник статей. Йошкар-Ола : Изд-во МарГТУ, 2002. С. 60–63.
  28. Антипов Ю. В., Круглов Е. В., Пахомов К. С., Чалых А. Е. Влияние потока плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления на адгезионные и физико-механические характеристики арамидных и углеродных волокон // Пластические массы. 2021. № 9–10. С. 8–11. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2021-9-10-8-11
  29. Физика и техника мощного ультразвука : в 3 кн. / АН СССР. Акустический ин-т ; под ред. [и с предисл. Л. Д. Розенберга]. М. : Наука, 1967–1970. Кн. 3 : Физические основы ультразвуковой технологии / [авт. В. Ф. Казанцев, А. М. Мицкевич, Б. А. Агранат и др.]. 1970. 689 с.
  30. Розина Е. Ю. Кавитационный режим звукокапиллярного эффекта // Акустичний вiсник. 2003. Т. 6, № 1. С. 48–59.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».