Способ определения критической длины самопроизвольного изгиба волокон и нитевидных кристаллов

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ау (22) Заявлено 04. 06. 80 (21) 2932393/18-25 с присоединением заявки М(23)ПрнорнтетОпубликовано 07. 06. 82. Бюллетень М21

Дата опубликования описания 07. 06. 82

Союз Соввтсиик

Социапистичесиик республик

< >934317 (51)М. Кл.

G 01 N 13/02

1веуаеретеекеый кемктет

СССР ао делам язабрвтеник и открытей (53) УДК532.612..3(088.8) (72) Авторы изобретения р.т; Федоров, х.Б. хоконов и Б.с. кврвмурв1в i 0. ; äöäß : .и :. ::.: . ;:.:О»

Кабардино-Балкарский государственный унив ситеЬЖ1",1, - ;;-.:: :. "..- рву(71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ДЛИНЫ

САМОПРОИЗВОЛЬНОГО ИЗГИбА ВОЛОКОН

И НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ

/ 7 Р )ид1и кР ТЬ и

Изобретение относится к фиэикохимическому анализу материалов и может найти применение в технологии композиционных материалов на основе волокон и нитевидных кристаллов, а также в технологии текстильных и других материалов с применением волокон.

Критическая длина самопроизвольного изгиба есть наименьшая длина, при превышении которой волокно данного поперечного сечения самопроизвольte но изгибается под действием сил поверхностного натяжения.

Отношение длины волокна, используемого в композиционном материале, к

15 критической длине самопроизвольного изгиба определяет наряду с другими факторами, степень изгибных деформаций волокон и, тем самым, влияет

20 на усадку и прочность материала.

В настоящее время неизвестны способы определения критической длины самопроизвольного изгиба волокон.

В основу способа положено явление самопроизвольного изгиба нитевидных структур определенных геометрических размеров под действием сил поверхностного натяжения.

Способ определения критической длины самопроизвольного изгиба волокон и нитевидных кристаллов заключается в том, что производят отжиг образца, измеряют модуль продольной упругости и поверхностное натяжение образца, а искомую величину рассчитывают по формуле где В„ - наименьшая длина волокна, при превышении которой волок; но самопроизвольно изгибается под действием сил поверх-, ностного натяжения, м;

Е - модуль продольной упругости материала волокна, Н/и х.

3 93431

3 „1 - минимальный главный момент инерции поперечного сечения волокна, м ;

6 —,межфазное или поверхностное натяжение материала волокна.

Н/м

Ь - периметр поперечного сечения, м;

P - коэффициент учитывающий характер закрепления концов 10 волокна (коэффициент приведения длины).

Примеры реализации способа.

П р м е р 1. Определение критической длины самопроизвольного изгиба !5 кварцевых волокон.

Из партии исследуемых волокон выбирают волокно диаметром около

8-10 мкм и длиной 40-50 мм. На концах волокна методом обжима закрепляют ни- 20 келевые пластинки с отверстиями. Масса каждой пластинки должна быть не более 0,2-0,3 r. С помощью верхней пластинки волокно закрепляют в микроштативе из жаростойкого сплава и ус- 2s танавливают в муфельную печь. Нагрев печи производят со скоростью не более 5 градусов в минуту. Отжиг проводят при 1200-1250 К не мене 6 ч. Охлаждение образца производят вместе З0 с печью со скоростью не болей 2 градусов в минуту. При комнатной температуре производят ступенчатое нагружение волокна в пределах упругой деформации. Измерение удлинения образца под нагрузкой производят с помощью развернутой на 90 градусов оптической системы микроскопа МВС-2. По полученным из эксперимента величинам удлинения кварцевого волокна в зависимости от растягивающей нагрузки определяют модуль упругости. Величину поверхностного натяжения кварца в твердом состоянии можно взять из справочной литературы. 45

Критическую длину самопроизвольного изгиба волокна определяют по

Формуле (1) подставив в нее найден ные величины Е=10 " Па; G =0,30 H/ ; И р=1,12; I= - -, b=gd; d=10 м. so 1 .

Пример 2. Из партии исследуемых кристаллов нитрида алюминия выбирают пластинчатый кристалл нитрида алюминия длиной не менее 20 мм.

Кристалл помещают в кварцевую труб- у ку. Отверстия трубки закрывают пористыми пробками из кварцевого волокна.

Трубку помещают в муфельную печь и

7 4 нагревают со скоростью не более 5 градусов в минуту до 1400 К. Выдержио вают эту температуру в печи не мео нее 4 ч, затем снижают ее до 293 K со скоростью не более 3 градуса в минуту. Отожженный кристалл закрепляют в зажимах ультразвуковой установки для измерения скорости звука. Расстояние между зажимом-излучателем и зажимом-детектором 15 мм. Отсчет времени прохождения импульса длительностью 0,1 мкс производят с помощью электронно-счетного частотомера типа

Ч3-33. По известной формуле, связывающей скорость звука в твердом теле, его модуль упругости и плотность, находят модуль упругости Е отожженного кристалла. а- и 3 44, а

Е=а =9870 . 3,9 ° 10 =3,799 10 H/ì где а - скорость звука в исследуемом кристалле нитрида алюминия, найденная в эксперименте и равная 9870 м/с;

3900 кг/м плотность нитрида алюминия.

Поверхностное натяжение нитрида алюминия определяется методом резонанс. ных колебаний консольного микростержня. Найденное этим методом значение поверхностного натяжения твердого нитрида алюминия равно 1,32 Н/м.

По полученным данным рассчитывают критическую длину.

Таким образом, при длине волокон наполнителя больше найденных значений критической длины, волокна в композиционном материале в процессе тепловой обработки будут деформироваться больше, чем в том случае, когда волокна меньше критической длины.

Снижение деформации волокон за счет самопроизвольного изгиба под действием сил поверхностного натяжения умень. шгет усадку и дает увеличение процента выхода годных изделий.

Использование способа определения критической длины самопроизвольного изгиба волокон, нитевидных кристаллов и других наполнителей облегчит под-.бор компонентов для создания композиционных материалов с заданными физико-механическими свойствами.

Формула изобретения

Способ определения критической длины самопроизвольного изгиба воло 1 вами

Составитель Н.. Меньшенина.

Редактор Е. Кинив Техред.Т. Маточка Корректор,В.Синицкая

Заказ 3916/37 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ф» филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 934317 кон.и нитевидных кристаллов, о т л ич а ю щ и " с я тем,,что производят отжиг образца, измеряют модуль продольной упругости и поверхностное натяжение образца, а искомую величину рассчитывают по формуле: где Ф - наименьшая длина волокна, IO кр при превышении которой волокно самопроизвольно изгибается под действием сил поверхностного натяжения, м;

6 модуль продольной упру -ости материала волокна, Н/м ; минимальный главный момент инерции поперечного сечения волокна, м ; межфазное или поверхностное натяжение материала волокна, Н/м; периметр поперечного сечения, м; коэффициент, учитывающий ха. рактер закрепления концов волокна (коэффициент приведения длины}.