Physicomechanical properties and microstructure of composite materials: a study of aramid fabrics modified in an SHF electromagnetic field
Keywords:
SHF electromagnetic field, ballistic materials, strength, puncturing force, composite materialsAbstract
We studied the effect of an SHF electromagnetic field on the strength of composite materials. We used samples of aramid fabric TSVM-DZh which was impregnated with glue 88 and cured. We carried out two series of experiments. In the first case, we used a single-layer of aramid fabric without a binder, and in the second - with a binder. We established that after single-layer aramid fabric was exposed to an SHF electromagnetic field of low specific power, the resistance of samples to cone puncturing increases from 1.8 to 2.2 times. The samples that were made with a binder and exposed to SHF modification had a greater strengthening effect than the samples without glue 88. The strength increased up to 2 times. We also studied the microstructure of these series of samples. The microphotographs show that the SHF electromagnetic field has a more pronounced effect on the samples with a binder, which results in formation of agglomerates smaller than in the control sample. The agglomerates have pronounced edges, which allows us to obtain more contact points, to increase the contact surface area, thus strengthening their connection. The paper shows the correlation between the corrected values of increase in strength properties of the experimental samples in comparison with the control ones and the changes in microstructure caused by the described electrophysical effect. The above facts make it possible to control the mechanical properties by influencing the microstructure of end products. The results allow us to predict an improvement in the performance of structural aircraft elements made of organoplastics and personal protective equipment of the 1st and 2nd classes.
References
Каблов, Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Е.Н. Каблов // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – №1. – С. 3–33.
Каблов, Е.Н. Материалы и химические технологии для авиационной техники / Е.Н. Каблов // Вестник Российской академии наук. – 2012. – Т. 82. – № 6. – С. 520–530.
Ударопрочные органопластики конструкционного назначения на основе волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена отечественного производства / Е.А. Беляева, Т.Е. Шацкая, А.Ф. Косолапов и др. – http://www.uncm.ru/files/uploaded/Composite_materials_2013/Presentations/ 17.pdf (дата обращения: 16.11.2018).
Легкие конструкционные органопластики, стойкие к ударным и баллистическим воздействиям / Г.Ф. Железина, И.В. Зеленина, Н.Ф. Лукина и др. // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2007. – № 8. – https://viam.ru/public/files/2007/2007-204775.pdf (дата обращения: 16.11.2018).
Мураховский, В.И. Крылатые ткани России / В.И. Мураховский // Арсенал Отечества. – 2015. – № 4 (18). – http://arsenal-otechestva.ru/article/613-krylatye-tkani-rossii (дата обращения: 16.11.2018).
Влияние длительного климатического старения на микроструктуру поверхности эпоксидных органопластиков и характер ее разрушения в условиях изгиба / И.С. Деев, Е.В. Куршев, С.Л. Лонский и др. // Вопросы материаловедения. – 2016. – № 3. – С. 104–114.
Конструкционные органопластики для защиты от ударных и баллистических воздействий / Г.Ф. Железина, И.В. Зеленина, Л.Г. Орлова и др. // Все материалы. Энциклопедический справочник. – 2007. – № 8. – https://viam.ru/public/files/2007/2007-204914.pdf (дата обращения: 16.11.2018).
Degradation of aramid fibers under alkaline and neutral conditions: Relations between the che¬mical characteristics and mechanical properties / G. Derombise, L. Vouyovitch Van Schoors, P. Davies // Journal of Applied Polymer Science. – 2010. – Vol. 116, № 5. – P. 888–898.
Long-term mechanical behavior of aramid fibers in seawater / G. Derombise, E. Chailleux, B. Forest et al. // Polymer Engineering & Science. – 2011. – Vol. 51. – № 7. – P. 1366–1375.
Hydrothermal aging mechanisms of aramid fibers via synchrotron small-angle X-ray scattering and dynamic thermal mechanical analysis / C. Li, М. Zhan, Х. Huag et al.// Journal of Applied Polymer Science. – 2013. – Vol. 128. – № 2. – P. 1291–1296.
Дударев, А.С. Технологическая оснастка для проведения баллистических испытаний тканных материалов / А.С. Дударев, С.Д. Кускова // Masters Journal. – 2016. – № 1. – С. 45–50.
Bhatnagar, A. Lightweight ballistic composites / A. Bhatnagar. – England, Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2006. – 416 p.
Игнатова, А.М. Аналитический обзор современных и перспективных материалов и конструкций бронепреград и защит от поражения / А.М. Игнатова, А.О. Артемов // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6-1. – С. 101–105.
Чистяков, Е.Н. Российские бронежилеты и новые броневые материалы / Е.Н. Чистяков // Техника и вооружение. – 2013. – № 8. – https://knigogid.ru/books/405234-tehnika-i-vooruzhenie-2013-08/toread (дата обращения: 16.11.2018).
Шустов, Ю.С. Исследование физико-механических свойств тканей из нитей Русар / Ю.С. Шустов, А.В. Курденкова // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. – Т. 3. – С. 36–40. – http://e-koncept.ru/2016/56019.htm (дата обращения: 16.11.2018).
Сафонов, П.Е. Разработка оптимальных технологических параметров изготовления арамидных тканей технического назначения: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.19.02 / П.Е. Сафонов. – М., 2013. – 16 с.
Слугин, А.И. Исследование баллистических свойств тканей / А.И. Слугин, О.В. Парфенов, Н.А. Николаева // Технология текстильной промышленности. – 2011. – № 4. – С. 74–78.
Zlobina, I.V. The Influence of Electromagnatic Field Microwave on Physical and Mechanical Characteristics of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) Structural / I.V. Zlobina, N.V. Bekrenev // Solid State Phenomena, Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 870. – P. 101–106. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.870.101
Zlobina, I.V. The Influence of Microwave Electromagnetic Field jn Mechanical Properties of Composite Materials / I.V. Zlobina, N.V. Bekrenev // Наукоемкие технологии. – 2016. – Т. 17. – No. 2. – С. 25–30.
