Волокна полимерные

Явление усталостного разрушения анизотропного гетерогенного углепластика сложнее, чем в случае металлического материала. В процессе такого разрушения распространение усталостной трещины может происходить в результате 1) разрушения полимерной матрицы 2) отслоения на границе раздела волокно - полимерная матрица 3) разрушения отдельных волокон 4) расслоения. Все перечисленные варианты разруше- [c.140]

В работах [4, 5] установлено, что при чистом сжатии усталостная трещина распространяется вследствие продольного изгиба волокон. Такой тип разрушения является характерным для армированных волокнами композиционных материалов. При этом обычно имеет место макроскопическое сдвиговое разрушение полимерной матрицы или отслоение на границе раздела волокно - полимерная матрица. [c.141]

Влияние влажности на механические характеристики слоистых пластиков выражается в изменении прочности на границе раздела волокно - полимерная матрица вследствие проникновения влаги. На рис. 4.16 [c.158]

Это весьма дискуссионный вопрос, так как адгезионная прочность в системе арамидные волокна—полимерная матрица выше прочности этих волокон в поперечном направлении разрушения на границе раздела компонентов обычно не наблюдается. - Прим. ред. [c.267]

Рис. 2.11, Эллипс деформаций при растяжении под углом к волокнам полимерного армированного материала

Оценка некоторых параметров граничного слоя в системе волокно - полимерная матрица с помощью динамических механических измерений / Ю, С. Липатов, [c.242]

Влияние воды на свойства полимерных композиционных материалов можно рассмотреть на примере стеклопластиков. Контакт их с водой приводит к набуханию связующего, проникновению воды к границе раздела стеклянное волокно — полимерное связующее и нарушению адгезионной связи на поверхности раздела. [c.32]

Накопление воды на гидрофильных центрах поверхности стеклянных волокон может привести к возникновению осмотического давления, достаточного для расслоения композиционного материала. Связь на границе раздела волокно — полимерное связующее, а [c.32]

Синтетическими полимерами называют неметаллические материалы (пластические массы, резины, химические волокна, пленки, лаки и др.), основой производства которых является синтез высокомолекулярных органических продуктов на базе полимерных соединений. [c.338]

В наш век с усложнением форм строительных конструкций, появлением авиастроения, разнообразными запросами машиностроения роль методов теории упругости резко изменилась. Теперь они составляют основу для построения практических методов расчета деформируемых тел и систем тел разнообразной формы. При этом в современных расчетах учитываются не только сложность формы тела и разнообразие воздействий (силовое, температурное и т. п.), но и специфика физических свойств материалов, из которых изготовлены тела. Дело в том, что в современных конструкциях наряду с традиционными материалами (сталь, дерево, бетон и т. д.) широкое применение получают новые материалы, в частности композиты, обладающие рядом специфических свойств. Так, армирование полимеров волокнами из высокопрочных материалов позволяет получить новый легкий конструкционный материал, имеющий высокие прочностные свойства, превосходящие даже прочность современных сталей. Но наличие полимерной основы наделяет такой композитный материал помимо упругих вязкими свойствами, что обязательно должно учитываться в расчетах. Даже в традиционных материалах в связи с высоким уровнем нагружения, повышенными температурами возникает необходимость в учете пластических свойств. Все эти вопросы теперь составляют предмет механики деформируемого твердого тела. [c.7]

Здесь О/ — напряжение в волокне, эффектом поперечной деформации, связанной с неодинаковостью коэффициента Пуассона, найдем, что при совместной и одинаковой деформации волокна и матрицы напряжения относятся как модули упругости. Полимерная матрица упруга вплоть до момента разрушения, отношение модуля упругости угольного волокна к модулю упругости эпоксидной смолы / = 40 ООО 350 = 114, когда напряжение в волокне равно пределу прочности порядка О/= 300 кгс/мм От = 300 114 = = 2,6 кгс/мм , тогда как предел прочности смолы порядка 7— 8 кгс/мм Этот простой подсчет, имеющий целью лишь оценку порядка величины, показывает, что волокна рвутся раньше, чем матрица. Это тем более относится к материалам с металлической [c.696]

Полимерная матрица следует закону Гука почти до момента разрушения, незначительные отклонения от закона упругости могут не приниматься во внимание. Как правило, удлинение матрицы при разрыве в несколько раз больше, чем удлинение волокна, поэтому качественная картина поведения такого композита в известной мере напоминает поведение композита с металлической матрицей при малом объемном содержании волокна возможно его дробление. Однако малая прочность матрицы по отношению к касательным напряжениям и довольно слабая связь между волокном и матрицей вносят свою специфику. В композите органическое волокно — эпоксидная смола, наоборот, разрывное удлинение смолы меньше, чем удлинение волокна. Ввиду малой прочности матрицы происходит ее дробление на мелкие частички, которые легко отваливаются, обнажая пучки волокон, которые уже относительно легко обрываются. [c.703]

Более полно удается использовать прочность стеклянного волокна в стеклотекстолитах, получаемых из стеклянной ткани, пропитанной полимерной смолой. При разрушении стеклотекстолитов появляются трещины в полимерной смоле — в местах перегиба нитей стеклоткани. Поэтому и здесь прочность стеклянных волокон используется не полностью. Наиболее полно можно использовать ее при изготовлении некоторых типов конструкций, например труб, осесимметричных оболочек, когда удается наматывать стекловолокно в разных направлениях под натяжением. Таким путем можно добиться одинаково высокой прочности в различных направлениях. Так, для стеклопластиков, армированных в одном направлении, удается получить при растяжении прочность до 1 ГПа (модуль упругости Е = = 42 ГПа). Плотность стеклопластика вчетверо меньше плотности стали, а потому удельная прочность его (т. е. прочность, приходящаяся на единицу массы) оказывается в несколько раз более высокой, чем [c.43]

Основой всякого растительного волокна является органическое вещество— клетчатка (целлюлоза). Это вещество представляет собой полимерный углевод, молекулы которого имеют вид длинных цепей (число звеньев в цепи п = 1000—2000). [c.127]

Область применения этих испытаний ограничена в основном композитами с полимерной матрицей [8—10]. Отдельное волокно заделывается аксиально в материале матрицы. В зависимости от подлежащей определению характеристики образец может иметь различную форму. Для измерения прочности перпендикулярно поверхности раздела сжимающее усилие прикладывают к образцу с криволинейной шейкой (рис. 21, а). Для определения прочности при сдвиге сжимающее усилие прикладывают к образцу постоянного сечения или к образцу трапециевидного профиля (рис. 21,6). [c.72]

Настоящая книга является одним из 8 томов энциклопедического издания Композиционные материалы . В ней рассматриваются Практически все аспекты исследования внутренних поверхностей раздела в полимерных композитах, армированных традиционными стекловолокнами, а также борными и углеродными волокнами. Читатель найдет в книге описание современных методов исследования поверхностей раздела, анализ основных теорий аппретирования и адгезии полимерных матриц к упрочнителям. Впервые опубликованы сведения о химии поверхности высокомодульных и высокопрочных волокон бора и углерода и химии поверхности раздела в армированных ми композитах. [c.4]

Адгезия на границе раздела углеродное волокно - полимерная матрица определяется следующими факторами 1) механическими связями вследствие проникновения полимера в шероховатости поверхности волокон 2) химическими связями между поверхностью углеродных волокон и полимерной матрицей 3) физическими связями (обусловленными силами Ван-дер-Ваальса). Основными являются фжторы 1 и 2. Образование химических связей в системе углеродное волокно — полимерная матрица определяется химически активными функциональными группами на поверхности углеродных волокон. Эти функциональные группы связываются с атомами углерода соседних ароматических фрагментов. По мере увеличения числа таких атомов углерода усиливается химическая связь между углеродным волокном и полимерной матрицей. В реальном случае при обработке поверхности возрастает число кислотных функциональных групп и соответственно повышается прочность углепластика при межслоевом сдвиге (рис. 2.7) [15]. При использовании высокомодульных углеродных волокон адгезия на границе раздела волокно — полимер определяется преимущественно механическими связями вследствие шероховатости поверхности углеродных волокон этого типа [16]. [c.37]

Как уже отмечалось, арамидные волокна — один из перспективных видов волокон для армирования композиционных материалов. В настоящее время интенсивно разрабатываются новые типы арамидных волокон с улучшенными свойствами. Например, фирмой Du Pont разработаны арамидные волокна марки FIBER D с модулем упругости, в 1,3 раза большим, чем у волокон KEVLAR-49 [3]. Для улучшения свойств арамидных волокон часто используют обработку их поверхности. Повышение адгезионного взаимодействия в системе армирующие волокна — полимерная матрица существенно улучшает статические и динамические свойства композиционных материалов.По современным данным, имеется значительный резерв для повышения адгезионного взаимодействия арамидных волокон с полимерной матрицей. Для поверхностной обработки волокон используют различные аппреты [4], плазменную обработку поверхности [5], ионное травление [6] и другие методы. [c.267]

Заметное повышение адгезии достигается при покрытии углеродных волокон пиролитическим углеродо.м [9-28], что объясняется более равномерным покрытием поверхности волокна полимерной матрицей. Покрытие углеродного волокна пиролитическим углеродом при 1300—1400°С повышает его прочность примерно на 30% без изменения модуля упругости. [c.174]

Внутри каждой in3 перечисленных груип композиционные материалы можно классифицировать различными способами по виду материала компонентов, их размерам, форме, ориентировке, а также по назначению или методу получения. Например, волокнистые материалы по виду матрицы делят на металлические, полимерные и керамические по виду волокон —на материалы, армированные проволокой, стеклянными, борными, углеродными, керамическими и другими волокнами или нитевидными кристаллами по размерам волокон — на материалы с непрерывными или короткими (дискретными) волокнами по ориентировке волокон — на материалы с однонаправленными или ориентированными в двух и более направлениях волокнами. [c.635]

Линейные полимеры образуют сагиую большую группу полимерных материалов Тан пак связь между молекулярными цепями обусловлена силами Ван-дер-Ваальса, которые невелики, прч повышении температуры полимеры этого вида легко размягчаются и превращаются в жидкость. Линейные полимеры являются основой термопластических материалов (термопластов). Типичными представителями линейных полимеров являются полиэтилен, полипропилен, политетрафторэтилен и др. Вследствие цепной структуры полимеры можно легко вытянуть в высокопрочные волокна. [c.18]

В заключение запишем уравнения закона Гука для ортотроппого материала. В последнее время широкое распространение получили так называемые композитные материалы, состоящие, например, из полимерной основы, армируемой волокнами из высокопрочного материала. Упругие свойства такого композитного материала зависят от плотности насыщения и ориентации в пространстве армирующих волокон. В общем случае такой материал рассматривается как анизотропный. В частном случае, когда армирующие волокна расположены в трех взаимно ортогональных направлениях, упругие свойства будут симметричны относительно трех ортогональных плоскостей. [c.39]

Предел прочности и модуль упругости полимерного материала существенно возрастают в случае изготовления из него волокна с продольной ориентацией длинных полимерных молекул. Например, арамидные волокна (известные в США под торговой маркой как кевларовые волокна ) по прочности на растяжение соответствуют лучшим сортам высоколегированной термически обработанной стальной проволоки, а по модулю упругости эти волокна уступают стали лишь на 30...40%. Арамидные волокна служат одним из главных компонентов в производстве пуленепробиваемых жилетов. [c.66]

Представление об однородности среды необходимо для механической теории, хотя некоторые ограничения в этом нанравле-нии могут быть сняты. Представим себе, например, пластинку из биметалла медь сварена со сталью, на одной стороне свойства одни, на другой — другие. Такого рода задачи, когда свойства меняются внезапно и остаются постоянными в довольно больших объемах, принципиальных трудностей не представляют. Свойства материала могут меняться по объему и непрерывным образом. Простейший пример представляет собою неравномерно нагретое тело. Свойства материала зависят от температуры, которая распределена по объему непрерывным образом (или с конечным числом разрывов). Существенно неоднородны так называемые композитные материалы, например полимерная смола, перемешанная с рубленым стеклянным волокном. Но в механике такого рода неоднородная среда заменяется эквивалентной однородной. [c.22]

ОДНОГО И ТОГО же материала можно говорить не о постоянной характеристике, а о ее статистическом распределении. Если модуль упругости и предел текучести меняются в узких пределах и расчет по средним значениям достаточно достоверен, то прочность хрупких материалов и их структурных составляющих должна рассматриваться как случайная величина и отвлечься от ее статистического характера принципиально невозможно. Именно статистическая теория позволяет объяснить и оценить количественно так называемый масштабный эффект прочность большого изделия всегда оказывается меньше, чем прочность малой его модели (после пропорционального перерасчета, конечно). Изложение современных статистических теорий прочности заняло бы слишком много места, однако некоторые сведения нам представлялось необходимым сообщить. Эти сведения особенно существенны для понимания природы прочности современных композитных материалов, состоящих из полимерной или металлической матрицы, армированной угольным, борным илп иным высокопрочным волокном. Разброс свойств армирующих волокон довольно велик и для нопимания того, в какой мере эти свойства могут быть реализованы в композите, необходимо некоторое представление о статистической природе его прочности. Именно поэтому изложение элементов статистической теории будет дано ниже, в гл. 20. [c.654]

Первым примером такого рода композитов, получивших достаточно широкое практическое применение, служат стеклопластики (мы не говорим здесь об известных с глубокой древности саманных постройках, т. е. о композитах глина — солома, механические свойства которых совсем не плохи). Перемешивая полимерную массу с мелко изрубленным стеклянным волокном, мы получаем первый пример композита с хаотическим армированием. Прочность такой пластмассы выше, чем прочность неар-мированного материала, однако потенциальная прочность стеклянного волокна используется при этом далеко не полностью, разрушение всегда происходит по матрице, стеклянные волокна не разрываются, а выдергиваются из пластмассы. Следует заметить, что изделия из хаотически армированных пластиков, например полиэтилена, изготовляются обычными способами — путем формования, выдавливания, литья. Поэтому стандартное технологическое оборудование оказывается пригодным для получения таких изделий. [c.684]

Материалы на основе фенолформальдегидных полимеров (ФФП). Фенолформальдегидные полимеры широко применяют при создании актифрикционных полимерных материалов ввиду их повышенной термической и химической стойкости и износостойкости. Для улучшения триботехнических свойств в ФФП вводят специальные наполнители (графит, свинец, M0S2, оксиды алюминия и меди, кремний, порошки алюминия, железа и меди, а также базальтовые, стеклянные и углеродные волокна, технический углерод, асбест, различные волокна), что позволяет получить самосмазывающиеся материалы с низкими коэффициентом трения без смазки (0,04-0,06) и интенсивностью изнашивания (10 -10 " ) для подшипников скольжения, уплотнений, направляющих, работающих при повышенных температурах. Известны самосмазывающиеся материалы на основе ФФП следующих марок АТМ-1, AMT-IE, Вилан-9Б, Синтек-2, АМАН-24. [c.37]

Из общего количества полимерных материалов, вырабатываемых у нас в настоящее время, более 507о расходуется на производство пластических масс и синтетических смол, 33%—на производство синтетического волокна и примерно 16—17%—на производство синтетического каучука. [c.22]

Дерево является одним из первых электроизоляционных и конструкционных материалов, получивших применение в электротехнике, чему способствовали его дешевизна и легкость механической обработки. Основой дерева, как и всякого растительного волокна, является органическое вещество целлюло ча. представляющая собой полимерный углеводород (С П,/),),,. молекулы которого имеют вид длинных цепей с числом звеньев до двух тысяч. В каждом элементарном звене молекулы со.держится по три гидроксильных группы ОН. обусловливающих полярность целлюлозы. Эти группы смещаются в электрическом поле по отношению ко всей молекулярной цепи, что создает эффект дипольно-радикальной поляризайии. Поэтому целлюлоза имеет относительно большие диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических гтотерь (tv = 6,5ч-Ч-7 tg б - 0.0054-0,01). [c.228]

Вискерн.зация волокон Ч Особую группу представляют композиционные материалы, межслойные связи в которых создаются за счет нитевидных кристаллов, выращенных на поверхности волокон или введенных в полимерную матрицу между волокнами. Для. этой группы материалов наиболее типичны две схемы армирования с хаотическим расположением нитевидных кристаллов в одной плоскости (рис. 1.10, а) и во всем объеме (рис. 1.10, б). [c.19]

Для композиционных полимерных материалов характерны существенныераз-личия в значениях модулей упругости волокна и связующего. Главным требованием при расчете деформационных характеристик этих материалов является сужение вилки Хилла. Рассмотрим в этом аспекте некоторые особенности расчета упругих постоянных [c.54]

При прессовании препрегов, изготовленных на основе вискеризованных волокон из газовой фазы, кристаллы вследствие жесткой их связи с волокнами часто обламываются и хаотически заполняют полимерную матрицу, [c.202]

До сих пор большая часть исследований композиционных материалов относилась к волокнистым композитам, среди которых различаются два главных типа композиты с непрерывными волокнами и композиты с короткими (разорванными) волокнами. В свою очередь, в первом из указанных типов длинные волокна могут быть либо расположены строго параллельно друг другу, либо сплетены в ткань, пропитанную полимерным связующим. Поскольку в процессе сплетения возможны повреждения волокон и композит получается более низкого качества, здесь основное внимание будет уделено однонаправленным волокнистым композитам. [c.63]

В первую очередь рассмотрим разрушение путем отрыва в случае, когда трендина перпендикулярна волокнам. В однонаправленно армированных композитах с полимерной матрицей этот тип разрушения бывает получить нелегко, поскольку их склонность к продольному расщеплению велика. В композитах с металлической матрицей отношение прочности при поперечном растяжении к сдвиговой прочности не столь велико, и трещинам приходится распространяться поперек волокон. В композитах (как с полимерной, так и с металлической матрицей), где упрочнитель ориентирован в нескольких нанравлениях, трещина часто вынуждена распространяться в направлении, перпендикулярном главным осям ортотропии, а они обычно совпадают с направлением одного или многих слоев волокон. Значит, при распространении трещины разрушаются волокна. [c.279]

Книга посвящена рассмотрению результатов изучения поверхности раздела упрочнитель — полимерная матрица в композиционных материалах волокнистого строения. В ней подробно обсуждаются проблемы, которые были только затронуты в книге Современные композиционные материалы . Среди них такие, как химия поверхности армирующих волокон, природа связи на поверхности раздела, роль различных обработок поверхности волокон (в основном силановыми аппретами) в формировании границы раздела полимер — минеральные волокна, механизм передачи напряжений через поверхность раздела, влияние начальных термических напряжений на механические свойства композитов, стабильность композитов при воздействии влаги. [c.5]

Механические характеристики полимерных ком1Позитов, арми рованных волокнами, зависят главным образом от трех факторов прочности и упругости волокна прочности и химической стабильности смолы прочности связи между смолой и волокном, от которой зависит эффективность передачи напряжения через поверхность раздела. Каждый из перечисленных факторов может влиять на механические свойства композитов. [c.12]

По существу промышленное производство армированных пластиков началось в 1940 г., когда в качестве упрочняющего наполнителя было использовано стеклянное волокно. Первые попытки изготовить армированные стекловоло1Кном фенольные и меламиновые композиты путем преосования под высоким давлением не-имели успеха. В 1941 г. Д. Гайд получил армированные стекловолокном композиты на кремнийорганической основе, которые-оказались прекрасным теплостойким электроизоляционным материалом, но слишком дорогим для использования в конструкционных целях. В 1941 г. Л. Кинг изготовил первые полиэфирные стеклопластики из смолы на основе аллилгликоля карбоната (СР-3). В 1942 г. стали доступны полиэфирные смолы на основе малеи-натов, отверждаемые при НиЗ Ких давлениях. Уже к началу 1944 г.. эти смолы применялись в военной промышленности для производства защитных шлемов, при строительстве самолетов и подводных лодок. Появление эпоксидных смол в начале 50-х годов вызвало-бурное развитие стеклопластиков. До 1970 г. практически все конструкционные пластики армировались стекловолокном. История развития полимерных композитов изложена в работе Д. Росато [41] [c.12]

В отличие от аппретов все замасливатели содержат компоненты, ослабляющие связь между полимерной матрицей и смолой. Кроме того, для обработки волокна необходимо меньшее количество (в вес. %) аппрета, чем замасливателя. Предел прочности моноволокна после аппретирования ниже, чем моноволокна после замасливания. Тем не менее предел прочности композитов с аппретированными волокнами часто оказывается выше предела прочности композитов, армированных замасленными волокнами. В расчете на единицу веса стекловолокна производство замасленных волокон дешевле, чем производство аппретированных. При выборе способа обработки волокна учитываются различные факторы и часто приходится выбирать между свойствами композитов и стовмостью их изпотавления. [c.13]

Оценка аппретирующих добавок, улучшающих связь между упрочнителем и полимерной матрицей, проводилась непосредственно по результатам физико-химических испытаний композитов. Однако на основе только экспериментальных данных нельзя достаточно полно объяснить природу адгезионной связи. Несомненно, любая научная интерпретация явлений на поверхности раздела должна коррелировать с практически получаемыми ха-рактеристикам(и (кампознтав. Поокольку даже 1К райне малые аппретирующие добавки оказывают сильное влияние на свойства композитов, то, очевидно, изучение механизма связывания оказывается полезным для выяснения природы адгезии органического полимера к поверхности минерального волокна. [c.15]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...