Прочность сцепления волокон

Возможности метода плазменного напыления хорошо иллюстрируются и на примере получения алюминиевого композиционного материала, упрочненного стальной проволокой [48]. В качестве упрочнителя использовали проволоку диаметром 0,3 мм из коррозионно-стойкой стали, имеющей прочность на разрыв 250—320 кгс/мм . Специальными опытами на модельных образцах определяли прочность сцепления волокон с матрицей в зависимости от температуры волокон в процессе напыления. Было установлено, что для обеспечения максимальной прочности связи, составляющей 7—8 кгс/мм , температура волокон должна быть не ниже 400° С. [c.174]

Межслоевая прочность при сдвиге всех типов композиционных материалов в решающей степени определяется факторами, влияющими на прочность сцепления волокон с матрицей. Так, в стеклопластиках, обработка волокон аппретами повышает меж-слоевую прочность, а выдержка во влажной среде резко уменьшает ее. [c.122]

Корреляция между межслоевой прочностью при сдвиге композиционных материалов на основе углеродных волокон и модулем упругости волокон (рис. 2.59) [110] отражает важнейший недостаток углеродных волокон. В общем случае сдвиговая прочность композиционных материалов снижается с повышением модуля упругости углеродных волокон (степени их графитизации). Это частично обусловлено тем, что поверхность низкомодульных высокопрочных (тип 2) углеродных волокон — открытая и высокопористая, тогда как поверхность высокомодульных (тип 1) волокон — более гладкая. Пористость волокон вызывается выделением летучих продуктов пиролиза, количество которых уменьшается в процессе графитизации с одновременным повышением регулярности кристаллов в результате протекания диффузионных процессов, Другим важным фактором, определяющим сдвиговую прочность этих материалов, является способность полимерного связующего смачивать поверхность углеродных волокон. Низкомодульные углеродные волокна имеют более высокую поверхностную энергию из-за наличия большого количества химически активных групп. Количество этих групп уменьшается при повышении температуры карбонизации, и они практически исчезают при графитизации. Для решения проблемы низкой сдвиговой прочности композиционных материалов на основе углеродных волокон было проведено большое число исследований по повышению адгезионной прочности сцепления волокон с матрицей без снижения прочности волокон. При этом использовали два основных способа — повышение шероховатости поверхности волокон для обеспечения их лучшего механического сцепления с матрицей и создание химических связей между волокнами и матрицей (аналогично применению аппретов в стеклопластиках). Оба эти способа заключались в окислении поверхности углеродных волокон [c.122]

Прочность КМ в большой степени зависит от прочности сцепления волокон с матрицей. [c.448]

Предельная деформация сдвига уц t) определяется прочностью связующего при растяжении и прочностью сцепления волокон и [c.8]

Волокна, составляющие нить, короче самой нити. Поэтому прочность нити зависит не только от прочности самих волокон, но и от их взаимного сцепления. Последнее же определяется силами трения, действующими между волокнами, У крученой нити каждое волокно захлестывается и поджимается соседними и силы сцепления волокон оказываются много большими, чем у некрученой нити. [c.358]

Особо необходимо остановиться на поперечной прочности композиции. Используя формулу (22) при 6 = 90°, получаем = = 0м- Однако вследствие того, что матрица в этом случае находится в стесненном состоянии, вводят поправочный коэффициент 1,15. Таким образом, в случае прочного сцепления волокон с матрицей поперечная прочность композиции Ок = 1,15о м. [c.20]

Была сделана попытка установить возможность повышения прочности связи волокон с матрицей путем повышения скорости частиц напыляемого металла. Увеличение скорости частиц с 60 до 120—140 м/с при напылении на неподогретое волокно не повышало прочности сцепления при напылении на подогретое до 300° С волокно прочность сцепления несколько повышалась по мере повышения скорости частиц. Увеличение скорости частиц выше 80—100 м/с вызвало разупрочнение волокон, связанное с повышением ударного воздействия в контакте. [c.174]

Волокнистые наполнители находят более широкое применение в производстве композиционных материалов вследствие их высокой прочности и жесткости и способности предотвращать прорастание треш,ин в хрупкой полимерной матрице. В зависимости от метода получения волокна обычно имеют цилиндрическую или неправильную форму. Волокна с гладкой поверхностью образуют менее прочное механическое сцепление с матрицей. Однако волокна с гладкой поверхностью легче смачиваются, чем с шероховатой, хотя полного смачивания волокон полимерами, так чтобы вообще не было пустот на поверхности, практически достигнуть не удается. Волокна могут адсорбировать различные вещества, способные влиять на их адгезионные свойства. Следует отметить, что прочное сцепление волокон с полимерной матрицей не всегда желательно, так как оно уменьшает поглощение механической энергии при разрушении композиционного материала. [c.371]

В композициях с короткими волокнами полимер является непрерывной фазой. Продольные растягивающие напряжения передаются на волокна через сдвиговые напряжения в матрице [3, 17, 39—50]. Сдвиговые напряжения, в матрице максимальны у концов волокон и постепенно уменьшаются до нуля к их середине. Растягивающие напряжения в волокнах равны нулю на концах и постепенно возрастают до постоянного значения в средней части волокна. Следовательно, участки волокон вблизи их концов несут значительно меньшую нагрузку, чем центральные участки. Сумма длин концевых участков волокна, необходимых для достижения максимального значения растягивающих напряжений в них, часто называется критической, или неэффективной длиной кр. так как концевые участки являются неэффективными в сопротивлении нагрузке. Другими словами, волокна должны иметь длину не менее, чем кр, чтобы напряжение растяжения в них достигало максимальных значений. Критическая длина волокна зависит от отношения модулей упругости обеих фаз, прочности сцепления между фазами, прочности при сдвиге матрицы и прочности при растяжении волокон. При высокой прочности адгезионной связи, когда разрушение происходит не по границе раздела, а по волокнам или матрице, и матрица разрушается пластически, критическая длина волокон равна [c.271]

В монографии изложена впервые разработанная авторами удобная для практического применения методика определения прочности сцепления между волокнами и связующим. Предложенная методика раскрывает перспективу нормирования прочности сцепления аналогично нормированию прочности связующего и волокон. [c.8]

Прочность полимерного связующего и прочность сцепления связующего с волокном обычно значительно ниже прочности волокон, поэтому в первом приближении можно принять, что волокна в армированном пластике находятся в одноосном напряженном состоянии, т. е. можно пренебречь влиянием полимерного связующего на напряженное состояние волокон. Следует отметить, что сказанное не относится к органическим волокнам. [c.131]

ЧТО прочность продольного сдвига однонаправленно-армированных пластиков практически не зависит от объемного содержания волокон, а зависит лишь от прочности матрицы. Следовательно, концентрация напряжений в пластике при сдвиге не влияет на его прочностные свойства. Таким образом, в случае, когда прочность матрицы меньше прочности сцепления, в первом приближении можно принять, что прочность продольного сдвига определяется формулой [c.146]

Если прочность сцепления и предельная деформация полимерной матрицы достаточно велики, то первыми разрушаются волокна. В этом случае из деформационного критерия прочности волокон вытекают следующие критерии прочности для материала в целом [c.162]

Растяжение и сжатие отдельных волокон приводят к пружинению спиралей, которое особенно резко проявляется при навивке их из тонких проволок вольфрама,. молибдена и других металлов и сплавов с высоким значением модуля упругости. При навивке спиралей из толстых проволок часто наблюдается расслаивание металлов, связанное с недостаточной прочностью сцепления их отдельных волокон в металлах, получаемых методом порошковой металлургии. [c.70]

Изменения предела прочности при растяжении и относительное удлинение оказались, как и в случае старения в воздухе, менее показательными. По остаточным значениям предела прочности при растяжении на первом месте оказался сульфат-целлюлозный картон (47% после 125 ч старения) на втором месте хлопковый картон № 2 (40%) и на последнем — хлопковый картон № 1 (26%). Остаточные значения относительных удлинений составили (соответственно) 7, 14 и 6%>. Обращает на себя внимание следующее обстоятельство по степени изменения медных чисел, вязкости медноаммиачного раствора и углов надлома образцы картонов в масле состарились быстрей, чем в воздухе, а по степени изменения предела прочности при растяжении и относительного удлинения — несколько медленней. Необходимо отметить, что две последние характеристики являются не показательными с точки зрения оценки теплового старения бумажных материалов, так как механизм их разрыва заключается в большей степени в разъединении, растаскивании сцепленных волокон, чем в их непосредственном разрыве [Л. 24, 73, 74]. [c.145]

Устанавливают значения предельных деформаций волокон на растяжение e+ и на сжатие е" прочности связующего на растяжение и на сдвиг Те и прочности сцепления между волокнами и связующим на отрыв Яь и на сдвиг Ть- В случае органопластиков вместо Г+, и Г устанавливают прочности волокон на поперечное растяжение и на продольный сдвиг 7 вгг- [c.139]

Прочность бумажных материалов зависит также от механического сцепления волокон между собой. [c.117]

При разрушении в случае простого растяжения, двухосного растяжения, двухосного растяжения — сжатия и циклического нагружения вблизи волокон, ориентированных под углом к направлению главного растягивающего напряжения, возникают треш,ины. Как показывает характерная картина сдвига в образцах с ориентацией волокон 45°, главную роль в таком разрушении играет сцепление на границе раздела. Разрушенные волокна с ориентацией 0° оказывали на прочность и вид разрушения большее влияние, чем изолированные дефекты матрицы или несцепленные участки. Эти результаты согласуются с наблюдениями Розена [55]. [c.523]

Осаждение покрытия происходит в том случае, если материал является катализатором для восстановительной реакции. Ввиду того, что углерод не является катализатором реакции восстановления ионов меди, никеля, поверхность углеродных волокон необходимо предварительно обработать, придав ей каталитические свойства. С этой целью углеродные волокна подвергают обработке в окислительной среде и проходят стадию сенсибилизации и активации прежде, чем покрываются из химического раствора металлом. Поверхностная обработка в окислительной среде положительно сказывается и на свойствах углеродного волокна при работе в композиционном материале повышается сила сцепления с основой, увеличивается прочность композиции на сдвиг [5]. [c.148]

Мак-Гарри и Мендел [47] изучали влияние поверхности раздела на прочность сцепления волокон с матрицей при расщеплении консольной балки в направлении, перпендикулярном ориентации волокон. Полученные ими результаты приведены на рис. 18 и 19. [c.60]

Поскольку большинство полимерных композиций с короткими волокнами, распределенными хаотически, являются изотропными, их прочность при растяжении и сжатии должна быть примерно одинаковой. Однако, если все волокна ориентированы в направлении сжатия, то разрушение при сжатии наступит при меньшем напряжении, чем при растяжении. В материалах с низкой адгезионной прочностью сцепления волокон с матрицей при сжатии возможно продольное проскальзывание волокон, тогда как при растяжении поперечные силы, возникающие вследствие эффекта Пуассона, увеличивают прочность сцепления волокон с матрицей. При сжатии композиций с высокой адгезионной прочностью может быть реализована значительная часть их прочности при растяжении, однако при сжатии большая часть прикладываемой нагрузки выдерживает матрица, а так как волокна не являются непрерывными, локальные сдвиговые разрушения в матрице способствуют разрушению волокон при продольном изгибе с разрушением границы раздела волокон с матрицей и потерей усиливающего эффекта волокон. Аналогичная ситуация в однонаправленных волокнистых композициях при сжатии проанализирована теоретически и рассмотрена позднее. [c.99]

В однонаправленных композиционных материалах с бесконечными волокнами сдвиговая прочность в плоскостях, параллельных плоскости ориентации волокон, очень мала, если не предпринимаются специальные меры для резкого повышения прочности сцепления волокон с матрицей. Однако даже при обработке поверхности волокон сдвиговая прочность материалов в плоскости ориентации волокон равна сдвиговой прочности пластичной матрицы. С этой точки зрения одним из важнейших особенностей композиций с короткими волокна.ми является то, что в них трудно или экономически нецелесообразно добиваться полной ориентации волокон, и поэтому в материалах даже с хорошо ориентированными волокнами имеется большое число волокон, расположенных под некоторым углом к направлению ориентации. Эти волокна затрудняют сдвиговые деформации в плоскости ориентации и повышают сдвиговую прочность материала. Они также увеличивают его трансверсальную прочность при растяжении и уменьшают тенденцию к смещению волокон вдоль действующих или возникающих растягивающих усилий [64]. [c.100]

Влияние различной прочности сцепления волокон с матрицей в композиционных материалах на основе высоколмодульных углеродных волокон было также исследовано Харрисом с сотр. [124]. На рис. 2.65 показана полученная ими корреляция энергии разрушения с обратной величиной межслойной прочности при сдвиге, которая зависит от характера обработки поверхности волокон [c.128]

Ременные передачи развиваются в направлениях повышения прочности несущего слоя ремней (применение высокопрочных волокон, в том числе угольных) и повышения прочности сцепления со шкивом (применение ремней с обкладками и пропиткой, многоклиновых, зубчатых, в том числе с оптимальной формой зубьев). Введены уточнения в меха1Ш-ку работы ремня па шкивах в связи с учетом его тангенциальной податливости. Осуществлен переход на комплексный расчет ременных передач на несущую спо- [c.487]

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]

Z. Релаксация напряжения. Так как коэффициенты теплового сжатия волокон и смолы различны, то в процессе изготовления композитов на поверхности раздела возникают остаточные напря- женин. Эти напряжения могут быть сжимающими или растягивающими в радиальном по отношению к оси волокна направлении в зависимости от коэффициентов расширения волокна и смолы и объемного содержания волокна в композитах. Донер и Новак [32] установили, что для углепластика с относительным объемным содержанием наполнителя 55 об. % остаточные нормальные напряжения сжатия составляют от 0,21 до 1,75 кгс/мм , что приводит к увеличению прочности сцепления компонентов и в конечном счете к уменьшению критической длины волокна. [c.288]

Прочная связь напыленного металлического слоя с волокнами значительно облегчает дальнейшие технологические операции с монослойным полуфабрикатом — укладку, резку, прессование и др. Помимо природы волокна и матричного материала, состояния поверхности их, а также режимов плазменного напыления, на прочность связи волокна с матрицей большое влияние оказывает температура волокон в процессе напыления. Изменение прочности сцепления алюминиевой матрицы с борными волокнами и прочности самих волокон в зависимости от температуры волокон изучалось в работе [88]. Проволоку из алюминиевого силава АМг-5 диаметром 1,2 мм распыляли в аргоновой плазмен- [c.173]

При температуре до 150—180°С связь волокон с матрицей осуществляется за счет механического сцепления и сил Ван-дер-Ваальса. Разрушение образцов, полученных по этим режимам, происходило по границе раздела волокно—матрица. Интенсивное повышение прочности связи начинается при температурах подогрева волокон выше 200° С, и при температуре волокон 300° С прочность сцепления возрастает от 3 до 6 кгс/мм . Дальнейшее повышение температуры волокон нежелательно, так как оно приводит к заметному снижению прочности самих волокои и ком-иозищюнного материала. [c.174]

Различные условия травления в смеси НС1 и HNO3 (1 3) в горячей кипящей HNO3 (50%-ной) в НС1 в NaOH (10%-ной)—не оказали существенного влияния на прочность волокон бора. Более заметно было влияние плотности тока на сцепление волокон с матрицей оно было максимальным при i k=540 А/м . Прочность сцепления определялась вытаскиванием волокон из матрицы и составляла максимально 1500—2200 МПа, т. е. была близка к прочности сцепления гальванических покрытий с нержавеющей сталью. [c.234]

Как отмечалось, подготовка волокнистого наполнителя пред) -сматривает операции, заключающиеся в обработке поверхности волокон для ул -чшения их смачивания связующим и увеличения прочности сцепления между наполнителем и связующим в готовом ПКМ. Это мо-г) т быть следующие операции аппретирование, активирование и химическая очистка поверхности, удаление влаги и др. [c.139]

Если свободно стоящий цилиндр из однонаправленного композиционного материала нагружать при сжатии в направлении вдоль оси ориентации волокон, тип разрушения будет зависеть от прочности сцепления волокно — матрица. При слабой адгезионной связи волокна отслаиваются от матрицы при малых нагруз- [c.117]

Энергия разрушения при росте трещины перпендикулярно направлению ориентации волокон обычно не чувствительна к выбору полимерной матрицы. Введение эластификаторов хотя и повышает величину Ур, однако это повышение незначительно при малом его количестве [28]. По вязкости разрушения очень хрупкие стекла, армированные углеродными волокнами, мало отличаются от материалов на основе пластичных полимеров [18]. Однако, как было показано Баркером [190], ударная вязкость по Шар-пи ряда композиционных материалов на основе различных углеродных волокон и различных полимерных матриц резко зависит от температуры испытаний. На кривых температурной зависимости ур композиционных материалов в области 7 с матрицы наблюдается максимум, значительно более резко выраженный, чем для ненаполненных матриц. Очевидно, что резкое возрастание ур композиционных материалов не может быть обусловлено только возрастанием энергии разрушения полимерной матрицы при ее Тс, а связано с изменением адгезионной прочности сцепления фаз. [c.130]

Композиции на основе металлических проволочных сеток. Одной из модификаций антифрикционных материалов с металлической матрицей, пропитанной ПТФЭ, являются композиции на основе бронзовой проволочной сетки и ПТФЭ с наполнителями типа свинца или стеклянных волокон. Некоторые из этих композиций могут работать при высоких нагрузках с хорошим сопротивлением износу при сухом трении. Их эксплуатационные свойства в решающей степени определяются прочностью сцепления бронзовой сетки и ПТФЭ и возможностями отвода тепла из пограничного слоя. [c.227]

Из-за быстрого отверждения и низкого коэффициента диффузии в неметаллической матрице (исключение составляют органоволокниты) в КМ нет переходного слоя между компонентами. Связь между волокнами и матрицей носит адгезионный характер, т.е. осуществляется путем молекулярного взаимодействия. Прочность связи, характеризуемая параметром (т О — прочность сцепления, — коэффициент контакта), повышается с увеличением критического поверхностного натяжения волокна (стс). Для обеспечения высокой прочности связи между компонентами необходимо полное смачивание волокон (которое достигается, например, растеканием жидкого связующего по поверхности волокон) при этом поверхностная энергия волокон должна быть больше поверхностного натяжения жидкой матрицы. Однако для жидких эпоксидных смол, обладающих лучшей адгезией к наполнителям среди других полимеров, поверхностное натяжение составляет 5,0 10 Дж/м , тогда как для углеродных волокон оно находится в интервале (2,7 - 5,8) 10 Дж/м , а дла борных равно 2,0 10 Дж/м . Поверхностную энергию волокон повышают различными методами обработки их поверхности травлением, окислением, вискеризацией. Например, после травления борных волокон в азотной кислоте их критическое поверхностное натяжение достигает сотен джоулей на квадратный метр. На рис. 14.32 видно, что благодаря травлению поверхностное натяжение борного волокна увеличивается и параметр резко возрастает. Это свидетельствует об увеличении прочности связи между волокном и матрицей. [c.456]

Композиционным материалам с однонаправленным и перекрестным расположением волокон, когда необходимая толщина изделия создается последовательной укладкой армирующих слоев,. присущи низкая сдвиговая и низкая трансверсальная прочность. Модуль упругости и предел прочности при межслойном сдвиге и поперечном растяжении— сжатии в таких композициях более чем на порядок отличаются от модуля Юнга и прочности в направлении армирования. В ряде случаев эта особенность может препятствовать реализации высоких прочности и жесткости композиций в конструкциях. Повышение прочности сцепления матриц с волокнами путем их поверхностной обработки способствует увеличению прочности материала при сдвиге и сжатии, но не является эффективным средством повышения упругих характеристик при этих видах нагружения. Существенное возрастание жесткости и прочности при межслойном сдвиге, а также сопротивления материала поперечному отрыву достигается созданием в нем поперечных связей. Материалы с пространственно сшитой арматурой (многослойные ткани), используют при создании стеклопластиков и органоволокнитов. Основной недостаток их — значительное искривление волокон основы, что приводит к резкому снижению характеристик механических свойств композиций в этом направлении. Для высокомодульных углеродных и борных волокон наиболее приемлема схема трехмерного армирования изотропных текстильных материалов ИТМ, при которой волокна сохраняют прямолинейность. В этом случае в разных направлениях могут быть уложены различные волокна, благодаря чему образуется многокомпонентный материал. [c.591]

Ткань на основе волокон из полиэтилена, полипропилена и гибридные tKBHH со стеклянными, углеродными волокнами Травление материала в течение 0,5. .. 10 мин в растворе хромпика с последующей промывкой в воде (ацетоне) и сушкой, а затем модификация поверхности в кислородной плазме в течение 2. .. 30 мин Увеличиваегся прочность сцепления наполнителя с полимерной матрицей за счет появления на обрабатываемых поверхностях бороздок размером от 0,1 до 4 мкм [c.457]

Одной из наиболее важных задач механики композитных материалов является разработка феноменологических методов прогнозирования прочности по известным прочностным и деформационным свойствам их структурных элементов — волокон, полимерного связующего и поверхпости контакта между ними. В зависимостн от вида нагружения разрушение армированного пластика может начинаться в любом из этих трех элементов структуры материала. В настоящее время наименее изученным является вопрос о критических состояниях и разрушении контакта между волокнами и связующим и о влиянии прочности сцепления между компонентами на прочность армированного пластика. [c.131]

В ЗД структурах имеются два недостатка пустоты между пересекающимися пучками волокон изолированы и образуют закрытые поры, что препятствует уплотнению композиции, прочность сцепления между параллельными слоями двух ЭПАС обеспечивается только одним ЭПАС в перпендикулярном направлении, что не дает необходимого сопротивления расслоению и разрыву. [c.66]

Наибольшее значение для производства бумаг имеют волокна из лавсана и фзнилона. Производство бумаг из синтетических волокон может осуществляться двумя способами формования мокрым и сухим. По мокрому способу бумажное полотно получается на бумагоделательной машине из водной суспензии волокна, по сухому — путем специальных способов изготовления бумажного полотна сез помощи воды. Из-за отсутствия у синтетических волокон достаточных сил сцепления, аналогичных присущим волокнам целлюлозы, и в том и в другом случае применения синтетических волокон в производстве бумаги приходится прибегать к специальным связующим, обеспечивающим бумаге определенную механическую прочность. При изготовлении лавсановой бумаги мокрым способом это могут быть волокна поливинилового спирта. Сам поливиниловый спирт растворим в воде, но волокна из него можно получать с разной степенью растворимости. Лавсановая бумага применяется в композиции с пленкой лавсана. Возможно использование ее как подложки в производстве лент ИЗ слюдяных бумаг. [c.174]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...