Соединения композитов

Расстояния от торца и от края боковой стороны — важные параметры при механических соединениях композитов. Первое определяется расстоянием от конца соединения до центра отверстия, а второе — удалением края соединения от центра следующего отверстия (рис. 22.4, а). [c.385]

Адгезионное соединение композитов [c.391]

Чаще всего используются неупругие типы адгезивов, т. е. такие, у которых существует нелинейная зависимость соотношений напряжение — деформация. Используя материалы с высокой сдвиговой прочностью и не очень высоким модулем сдвига, можно создать соединения композитов, не слишком чувствительные к концентраторам напряжений. С другой стороны, такой тип адгезивов за счет высоких прочностей может существенно увеличить абсолютное значение на- [c.392]

В основном для связующих, играющих роль адгезивов при соединении композитов, используются термореактивные связующие. Отверждаясь, эти связующие образуют на молекулярном уровне трехмерную сетку. После отверждения адгезивы такого Типа обладают электроизоляционными свойствами и не имеют ста- [c.401]

Анализ результатов испытаний показывает, что при статическом к переменном нагружении прочность соединений композитов с увеличением натяга падает ( = А — [c.499]

В настоящее время одним из прогрессивных направлений В ремонтном производстве является восстановление изношенных д алей в соединений машин и механизмов полимерными материалами [1, 2]. Однако структура и свойства композитов являются непостоянными в те-, чении всего периода эксплуатации, многократно, а то доже циклически меняясь, в зависимости от многих факторов. Следовательно, исследования конкретных изменений структуры, а с ними и свойств композиционных материалов на всех этапах эксплуатации конкретного соединения деталей, наиболее актуально. [c.197]

Объединение стержней в плоскую систему может осуществляться множеством способов. Рассмотрим простейшую систему, состоящую из трех стержней, соединенных шарнирами в треугольник АВС (рис. 3.3). Приложим к узлам взаимно уравновешенную группу сил Рд, и ( . В каждом из стержней возникнет нормальная сила, под действием которой все стержни изменят свою длину В случае использования жестких материалов (металлы, дерево, жесткие полимеры и композиты и т. п.) получим малые относительные деформации стержней, благодаря чему относительное изменение формы треугольника АВС будет несущественным. В такой ситуации говорят о геометрически неизменяемой системе. Подобным свойством обла,а ает, вообще говоря, всякая система, образованная стержневыми треугольниками, см., например, схемы по рис. 3.2 и 3.3. [c.78]

Непрерывно протекающая реакция с образованием нового соединения на поверхностях раздела еще сильнее снижает свойства композита, чем простое растворение. Это связано с механическими [c.94]

Экспериментальные значения свойств композита в основном согласуются с правилом смеси (табл. 1). Модуль Юнга на стадии I растет с увеличением продолжительности отжига это, возможно, объясняется увеличением объемной доли проволок в результате образования соединения на поверхности раздела. На стадии раз- [c.239]

Периодически повторяющийся элемент (рис. 6) представляет собой типичную модель, применяемую в микромеханике для определения механических свойств композитов. Используя данную модель и предполагая хорошую адгезию на поверхности раздела, можно на основе простого правила смесей [16] вывести выражения для расчета модуля Юнга композита и коэффициента Пуассона. На рис. 7 представлены расчетные и экспериментальные данные для эпоксидного композита с волокнами из Е-стекла. Хорошее согласие теории с экспериментом позволяет сделать вывод, что предположение о хорошей адгезии на поверхности раздела в композите вполне оправданно или что параметры, указанные на рис. 7, возможно, не чувствительны к нарушению адгезионного соединения. [c.49]

На рис. 8 приведены теоретические и экспериментальные крит вые зависимости поперечного модуля Юнга. К сожалению, действительное содержание пор установлено не было. Важный вывод, который можно сделать, исследуя эти кривые, состоит в том, что поперечный модуль Юнга композита является чувствительным, хотя и косвенным, параметром при оценке качества адгезионного соединения на поверхности раздела. [c.49]

Даже в изотропных металлических структурах узлов самолетов редко возникают однородные поля механических напряжений. В композиционных материалах за счет анизотропности структуры материала поля напряжений всегда анизотропны. Адгезионные соединения, таким образом, находятся в области несимметричных напряжений. Напряжения в адгезионных соединениях возникают уже во время процесса отверждения связующего при повышенной температуре. При определении геометрии соединения композитов адгезионным методом необходимо учитывать максимальные колебания напряжений, скорость изменения напряжения, необходимую размеростабильность соединения. [c.392]

В структурно-неоднородных материалах (адгезионных соединениях, композитах, геоматериалах), при наличии вблизи трещины областей с нарушенной структурой (пластических зон, микротрещин, пор), воздействии физических полей и агрессивных сред, в процесс разрушения вовлекается достаточно большая часть трещины, причем при изменении размера концевой области трещины возможна реализация различных механизмов разрушения. В таком случае зону процесса разрушения можно рассматривать как некоторый слой (концевую область), примыкающий к трещине и содержащий материал с частично нарушенными связями между его отдельными структурными элементами. [c.222]

Очевидно, что только проведя все эти исследования в динамических режимах, позвав закономерносги происходящих в композитах процессов, можно найто ключ к управлению нх свойствами, дать рекомендации не только по составам полимеров, но и по режимам экс-плуатоции соединений деталей, собранных или восстановленных с их применением. [c.192]

В последние десятилетия наряду с традиционными материалами появились новые искусственные материалы — так называемые композиты. Строго говоря, термин композитный материал или композит следовало бы относить ко всем гетерогенным материалам, состоящим из двух или большего числа фаз. Сюда относятся практически все сплавы, применяемые для изготовления элементов конструкций, несущих нагрузку. Соединение хаотически ориентированных зерен пластичного металла и второй более прочной, но хрупкой фазы позволяет в известной мере регулировать свойства конечного продукта, т. е. получать материал с необходимой прочностью и достаточной пластичностью. Усилиями металлургов созданы прочные сплавы на основе железа, алюминия, титана, содержащие различные. тегирующие добавки. Достигнутый к настоящему времени предел прочности составляет примерно 150 кгс/мм для сталей, 50 кгс/мм для алюминиевых сплавов, 100 кгс/мм для титановых сплавов. Эти цифры относятся к материалам, из которых можно путем механической обработки получать изделия разнообразной формы. Теоретический предел прочности атомной решетки металла, представляющий собою верхнюю границу того, к чему можно в идеале стремиться, по разным моделям оценивается по-разному, в среднем это 1/10—1/15 от модуля упругости материала. Так, для железа теоретическая прочность оценивается значением примерно 1400 кгс/мм что в десять раз выше названной для сплава на железной основе цифры. В настоящее время существуют способы получепия тонкой металлической проволоки или ленты с прочностью порядка 400—500 кгс/мм , что составляет около одной трети теоретической прочности. Однако применение таких проволок пли лент в конструктивных элементах неизбежным образом ограничено. [c.683]

Первоначально при выборе матрицы и волокна для всех систем предполагали использовать те же основные принципы, что и для модельных систем. Джех и др. [22] показали справедливость правила смеси для композитов как с непрерывными, так и с короткими волокнами, избрав для этого систему медь — волокно. Медь и вольфрам, по существу, взаимно не растворимы и не взаимодействуют химически соответственно они не образуют соединений. Таким же образом Саттон и др. [38] на модельной системе серебро — усы сапфира убедительно продемонстрировали эффект упрочнения нитевидными кристаллами. Степень взаимодействия между серебром и усами сапфира даже меньше, чем между медью и вольфрамом, поскольку расплавленное серебро не смачивает сапфир. Для улучшения связи с расплавленным серебром те же авторы напыляли на поверхность сапфира никель. Однако связь между никелем и сапфиром была, вероятно, чисто механической, а на поверхности раздела никель — сапфир твердый раствор не образовывался. Поэтому не удивительно, что Хиббард [21] в обзоре, представленном в качестве вводного доклада на конференции 1964 г. Американского общества металлов, посвященной волокнистым композитным материалам, счел необходимым заключить Для взаимной смачиваемости матрицы и волокна необходимо, чтобы их взаимная растворимость и реакционная способность были малы или вообще отсутствовали . Это условие, как правило, реализуется для определенного типа композитных материалов, а именно, ориентированных эвтектик. Во многих эвтекти-ках предел растворимости несколько изменяется с температурой, что, вообще говоря, является причиной нестабильности, хотя в известной степени и компенсируется особым кристаллографическим соотношением фаз. Однако в большинстве практически важных случаев это условие не выполняется. После конференции 1964 г. основные успехи были достигнуты в области управления состоянием поверхности раздела между упрочнителем и матрицей. Ни серебро, ни медь не являются перспективными конструкционными материалами. Что же касается реакций между практически важными матрицами и соответствующими упрочнителями, то они очень сложны и могут приводить к самым разнообразным типам поверхностей раздела. [c.13]

Четкое деление между классами не всегда возможно, однако такая систематизация удобна для обсуждения характеристик композитов. Примеры каждого класса композитов содержатся в табл. 1, а рис. 1 иллюстрирует названные классы соответствующими примерами из работы Петрашека и Уитона [29] по композициям медный сплав — вольфрам. Отметим, что эвтектики включены во второй класс, однако для некоторых эвтектик предельная растворимость каждой из фаз в другой может быть столь низкой, что их предпочтительнее отнести к первому классу. Аналогичным образом система медь (титан)—вольфрам включена в третий класс, поскольку, как показано на рис. 1, на поверхности раздела образуется химическое соединение. Однако при малом содержании титана и медь, и вольфрам образуют с ним твердые растворы. [c.15]

Механическая связь реализуется в отсутствие какого бы то ни было химического механизма — даже сил Ван-дер-Ваальса — и сводится к механическому сцеплению. Однако отсутствие химической связи существенно снижает прочность композита при поперечном нагружении поэтому в технологии изготовления компози тов механическую связь не считают полезной. Связь путем смачивания и растворения имеет место в композитах, где упрочнитель, не являющийся окислом, смачивается или растворяется матрицей, но не образует с ней соединений. Окисная связь может возникать при смачивании, а также при образовании промежуточных соединений на поверхности раздела. Как правило, металлы, окислы которых обладают малой свободной энергией образования, слабо связываются с окисью алюминия. Однако следы кислорода иль активных элементов усиливают эту связь путем образования промежуточных зон в обоих случаях связь относится к окисному типу. Кроме того, согласно общей классификации, к окисному типу относится связь между окисными пленками матрицы и волокна. [c.35]

Желательно, чтобы металл матрицы в композитах имел малую плотность и высокую пластичность как правило, такие металлы очень склонны к образованию химических соединений с высокоэффективными упрочнителями (бор, карбид кремния и т. д.). Образующиеся при этом химические соединения, часто интерметалли-пеские по природе, отличаются хрупкостью и малой эффективной фочностью. По этой причине такие соединения, образующиеся, как правило, на поверхностях раздела в процессе изготовления композита при высоких температурах, могут понизить способность поверхности раздела распределять нагрузку и сопротивляться разрушению в условиях сложного напряженного состояния. На основе этого эффекта Меткалф [44] разработал модель для объяснения снижения прочности, к которому приводит химическое взаимодействие в композитах Ti—В и AI—В. По-видимому, наличия трещин в непрочном боридном слое на поверхности раздела достаточно, чтобы вызвать преждевременное разрушение волокон [c.46]

Были предприняты попытки разработать аналитические методы, позволяющие прогнозировать влияние диффузии через поверхность раздела на механические свойства комшоиентов при этом градиенты состава в химическом континууме по нормали к поверхности раздела аппроксимировали с помощью дифференциальных методов [19]. Хотя развитый в работе [19] метод не является достаточно общим, там убедительно показано, что при наличии химически размытой зоны раздела вне зависимости от того, имеются ли в ней химические соединения или нет, композит превращается в многокомпонентное образование, каждый компонент которого вносит свой вклад в свойства композита. [c.49]

Реакция между матрицей и волокном может происходить либо на поверхности раздела матрица — продукт реакции, либо на поверхности раздела волокно — продукт реакции. В первом случае через образующееся соединение могут диффундировать атомы материала волокна, во втором — атомы материала матрицы. В некоторых случаях протекают оба эти процесса. Блэкбёрн с сотр. [6] и другие авторы показали, что реакция между титаном и бором идет по первому механизму. Уход атомов бора из волокон приводит к образованию пор в центре волокна, вокруг вольфрамовой сердцевины (рис. 7). Некоторые поры могут возникать на поверхности раздела волокно — продукт реакции, но причина их образования здесь, как полагают, иная. Действительно, образование дибор ида титана сопровождается уменьшением объема на 20%, и это обстоятельство может явиться причиной образования пор на внутренней границе межфазной прослойки. Каков бы ни был механизм возникновения пористости, нестабильность поверхности раздела приводит к разупрочнению композита. Так, в зависимости от характера реакции разрушение композита при поперечном нагружении может пройти либо по матрице, либо по поверхности раздела (гл. 5). [c.95]

Судя ПО этим данным, наименьшая скорость реакции характерна для бора, далее следуют карбид кремния и окись алюмл-ния. Легирование матрицы может увеличивать или уменьшать скорость реакции. Если волокно состоит из одного элемента (бора), то количество образующегося продукта реакции, видимо, прямо пропорционально количеству прореагировавшего бора. Однако для волокон из соединений или волокон с покрытием эта зависимость не соблюдается. Небольшое количество элементов внедрения из соединений AI2O3 или Si переходит в матрицу и, растворяясь н ней, вызывает упрочнение и охрупчивание, и тем не менее скорость взаимодействия матрицы с такими волокнами выше, чем с борным волокном. Тресслер и Мур [46] отмечают, что в композите титан — окись алюминия допускается большая степень химического взаимодействия, чем в материалах титан — бор и титан — карбид кремния. Этот вопрос будет обсуждаться в гл. 4 в связи с анализом механических свойств при растяжении и в гл. 8, посвященной композитам с окисным упрочнением. [c.125]

Вообще говоря, теории зоны взаимодействия предсказывают постоянство прочности и деформации разрушения композита, если развитие реакции не достигло критического уровня. По до-стиженир такого уровня прочность и деформация разрушения начинают уменьшаться — сначала быстро, а затем все медленнее, пока эти параметры ре достигнут более низких постоянных значений при втором критическом уровне развития реакции. Хотя оба критических уровня зависят и от других факторов, например, от свойств волокна и матрицы, деформация разрушения, отвечающая второму плато, согласно теории, зависит лишь от свойств соединения, образовавшегося в зоне взаимодействия. Детально исследованы были только трд системы для двух из них были получены экспериментальные значения деформации, которые оказались в очень хорошем согласии с теорией. [c.145]

Хотя термическая обработка при 823 К приводит к резким изменениям структуры композитов и слой продукта реакции занимает значительную часть объема композита, деформация разрушения, согласно Паттнайку и Лоули [23], остается неизменной. Это означает, что предшествующее разрушению трещинообразование в слое алюминида железа слабо влияет на общую пластичность. Джонс [13] показал, что, хотя линии скольжения в нержавеющей стали исходят из вершин трещин, они развиваюпся в полосы деформации, пересекающие все сечение проволоки, раньше, чем деформация становится всеобщей и образуется шейка. На рис. 5 гл. 1 приведен заимствованный из работы Джонса [13] пример образования трещин в интерметаллидной фазе, которое предшествует скольжению в проволоке. С другой стороны, эти трещины в интерметаллидном соединении, по-видимому, приводят к трещино-об разованию в матрице. [c.179]

Одной из возможных причин, по которым с ростом количества AIB2 снижается поперечная прочность композита и растет доля разрушения по поверхности раздела, является 20%-ное уменьшение объема при образовании этого соединения. Уменьшение объема может привести к увеличению внутренних напряжений и пористости в области, примыкающей к поверхности раздела, и тем самым снизить поперечную прочность. На рис. 28 стрелками отмечены дефекты структуры, по-видимому, несплошности у поверхности раздела, возникшие по указанной причине. [c.221]

Простейшие слоистые материалы состоят из связанных гомогенных изотропных пластин. При изготовлении этих материалов слабые плоскости можно располагать благоприятным образом — так, чтобы обеспечить высокую вязкость разрушения композита. Рассмотрим идеализированный слоистый материал, изображенный на рис. 25. Поле напряжений перед трещиной задается уравнением (2). На небольшом расстоянии перед вершиной трещины развиваются поперечные растягивающие напряжения 0 . Они, в сочетании со сдвиговыми напряжениями Хху (возникающими при любых зиачениях угла 0, кроме 0=0°), могут вызвать межслоевое разрушение. Маккартни и др. [24] изучали сопротивление развитию трещины слоистого материала из высокопрочной стали (203 кГ/мм ) для случаев низкой, средней и высокой прочности связи. Связь низкой прочности (3,5—7,0 кГ/мм ) обеспечивали с помощью эпоксидных смол, а также оловянного и свинцово-оловянного припоя, связь средней прочности (38—60 кГ/мм )—с помощью серебряного припоя, а высокопрочную связь (140 кГ/мм ) — путем диффузионной сварки слоев. Во всех случаях при испытании на ударную вязкость по Шарпи образцы разрушались лишь до первой плоскости соединения слоев. Остальная часть образца сильно деформировалась и расслаивалась по той же поверхности раздела, но не разрушалась. Сходные результаты получил и Эмбе-ри с сотр. [9]. Если прочность связи уступает прочности листов, то происходит торможение трещины. Ляйхтер [23], однако, установил, что охрупчивающая фаза, возникающая при использовании некоторых твердых припоев, может существенно снизить вязкость разрушения. [c.296]

Очевидно, для количественного анализа этих систем необходимо знать термодинамические данные возможных тройных соединений, тройных твердых растворов и др., как было показано в гл. 3. В приведенных примерах химическая стабильность систем охарактеризована только в первом приближении. Ясно, что в системах компоненты которых взаимодействуют, следует оценивать кинетику реакций, поскольку практически полезные композиты могут быть химически нестабильны, но стабильны кинетически, как это уже обсуждалось в гл. 3. [c.313]

Максимальная реализация свойств полимерной матрицы и армирующего наполнителя в композитах возможна при наличии оптимальной адгезии, условия получения которой установить довольно трудно. Известно, что адгезия, обусловленная только плотным контактом между органическим полимером и гидрофильным минералом, не обеспечивает образования водостойкого соединения. Такое соединение не может быть образовано и посредством прямых химических связей, так как органический полимер с устойчивыми ковалентными и минерал с ионными связями являются слишком разнородными материалами. Хорошая адгезия между такими разнородными материалами может быть получена в результате иапользования третьего материала в виде промежуточного слоя между матрицей и наполнителем. [c.9]

Обычно в качестве промежуточного (аппретирующего) слоя на поверхности раздела полимер — минеральный наполнитель применяют смешанные органо-неорганические соединения (аппреты), подобные органосиланам и метакрилатохромовым комплексам. Использование аппретов приводит к повышению адгезии на поверхности раздела и тем самым к улучшению механических свойств композитов и их стойкости к воздействию влаги. Однако хорошая адгезия является хотя и необходимым, но недостаточным условием для оптимальной передачи напряжений через поверхность раздела. [c.9]

Не существует единого мнения относительно того, зависит или не зависит прозрачность (непрозрачность) слоистого пластика из аппретированных волокон от способности их поверхности смачиваться смолой. Визуальные наблюдения показали, что очищенные стекловолокна полностью смачиваются жидкой смолой и полиэфирный композит на их основе очень прозрачен в процессе изготовления и отверждения, но становит1ся мутно-белым после охлаждения. Непрозрачность слоистого пластика обусловлена возникновением мелких трещин в смоле или разрушением адгезионного соединения на поверхности раздела из-за усадочных напряжений и не связана со смачиванием стекла смолой. Хорошая аппретирующая добавка до известной степени предотвращает образование трещин и разрыв адгезионной связи и позволяет получать прозрачный СЛОИСТЫЙ материал. Вообще имеется коррел-я-ция между механическими характеристиками слоистого пластика и прозрачностью композита из аппретированного стекловолокна и смолы. [c.35]

Контроль за разрушением адгезионного соединения на поверхности раздела в композитах может быть необходим для изделий специального назначения, которые должны обладать высокой вязкостью разрушения или для которых напряжения в волокнах являются в основном растягивающими. Ткань из Е-стекла, обработанная шлихтующим составом, использовалась для изготовления брони с высокой ударной прочностью [2]. При изготовлении сферических баллонов высокого давления для сжатого воздуха, устанавливаемых на самолетах, применялась в основном стеклянная ровница, обработанная замасливателем, который ухудшал прочность связи стекловолокна со смолой [17]. Для большинства применяемых композитов требуется сочетание хорошей адгезионной прочности и ударной вязкости. Силановые аппреты в значительной степени способствуют такому сочетанию свойств. [c.36]

Используя описанньге выше модели, можно построить кривые зависимости поперечного модуля Юнга и коэффициента увеличения деформации матрицы композитов от степени их наполнения стеклянными, Графятовыми и борными волокнами (рис. 10). Установлено, что с повышением степени наполнения эти характеристики возрастают, причем у боропластиков коэффициент увеличения деформации растет быстрее, чем этот же 1К0зффициент или поперечный модуль Юнга у двух других систем. Аналитические зависимости, представленные на рис. 10, получены при условии хорошего адгезионного соединения на поверхности раздела. [c.50]

Из приведенных примеров становится очевидным, что качество адгезионного соединения на паверх1Ности раздела определяет характер поверхности разрушения композита при растяжении его вдоль оси волокон. Если композит нагружают в попереч 01М направлении, то характер разрушения, как правило, хрупкий и поверхность разрушения пересекает матрицу, границу раздела и некоторые волокна. [c.54]

Существует ряд методов определения напряжений и прочности адгезионного соединения на поверхности раздела в композитах. Эти методы мож1но разделить на две группы, одна из которых — прямые методы измерения прочности сцепления единичных волокон с матрицей, а другая — косвенные методы измерения адгези-овной прочности на поверхности раздела. Методы второй группы можно также рассматривать как качественный анализ получаемых результатов, однако при правильной трактовке возможно их использование и для количественной оценки. [c.54]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...