Разрушение адгезионное волокон

В этих уравнениях у — поверхностная энергия разрушения, т. е. энергия, затрачиваемая на образование единицы новой поверхности 01,2—разрывная прочность волокон L—длина волокон Ькр— критическая длина волокон, определяемая по уравнению (8.18) Ьд — длина участка волокна, по которому происходит разрушение адгезионной связи. Если выдергивание волокон является основным механизмом затрат энергии, наибольшая ударная прочность должна быть при Ь = кр- Разрушение связи волокно—матрица из-за плохой адгезии делает композиции менее чувствительными к надрезам и трещинам [89]. Таким образом, факторы, которые обусловливают увеличение ударной прочности волокнистых композиций, такие, как облегчение выдергивания волокон из матрицы и разрушения связи между ними, являются в то же время причинами снижения разрывной прочности при малых скоростях нагружения. [c.280]

Рассмотрим осевое растяжение силой Р стержня, образованного из спиральных и кольцевых слоев. При растяжении первым разрушается кольцевой слой, в котором образуются кольцевые трещины. Критерии прочности, соответствующие различным механизмам разрушения (разрушение связующего, нарушение адгезионной прочности, поперечное разрушение органических волокон), определяются равенствами (5.26)—(5.30) (см. гл. 5, ч. 1). Обсуждаемое разрушение кольцевого слоя не приводит к существенному снижению несущей способности стержня. При дальнейшем возрастании осевой силы в кольцевом [c.345]

Рассмотрим осевое сжатие. При малых углах армирования спиральных слоев (до 12—17°) разрушение стержня вызывается разрушением спиральных волокон при сжатии в соответствии с критерием (5.39). При больших углах армирования происходит разрушение связующего или нарушение адгезионного взаимодействия между волокнами и связующим (соот- [c.346]

Разработан ряд прямых методов измерения характеристик напряженного состояния на поверхности раздела и адгезионной прочности. Поляризационно-оптический метод волокнистых включений наиболее надежен при определении локальной концентрации напряжений. Испытания методом выдергивания волокон из матрицы пригодны для измерения средней прочности адгезионного соединения, а методы оценки энергии разрушения — для определения начала расслоения у концов волокна. Прочность адгезионной связи можно установить по результатам испытаний композитов на сдвиг и поперечное растяжение. Динамический модуль упругости и (или) логарифмический декремент затухания колебаний применяются для определения нарушения адгезионного соединения. Динамические методы испытаний и методы короткой балки при испытаниях на сдвиг обычно пригодны для контроля качественной оценки прочности адгезионного соединения и определения влияния на нее окружающей среды. [c.83]

Ряд методов, предложенных в настоящее время для учета изменения величины Кс, все еще основан на линейном подходе. В то же время при изучении микрофотографий поверхности материала в области концентрации напряжений [27, 28] обнаружено наличие явлений докритического разрушения, таких, как адгезионное разрушение поверхности волокно — матрица, расслоение, расщепление волокон и трещины в матрице до наступления в материале предельного состояния. И все-таки указанный прием оправдан, поскольку точный анализ напряженного состояния и разрушения вблизи концентратора напряжений чрезвычайно труден. Критическое состояние в этой области на основании линейного подхода для анализа напряжений рассмотрено, в частности, в [26, 29]. [c.128]

Адгезионная прочность в значительной степени влияет на морфологию разрушения композита при растяжении вдоль оси волокон (см рис. 7.7). [c.95]

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]

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]

Роль адгезионных связей при разрушении волокнистых композиций еще полностью не выяснена. При высокой адгезионной прочности матрица или волокна разрушаются раньше, чем разрушаются адгезионные связи. Однако даже при отсутствии адгезионных связей, т. е. когда не затрачивается энергия на разделение матрицы и волокон, фазы могут находиться в контакте и при этом необходимо затратить энергию на выдергивание волокон из матрицы из-за наличия напряжений, обжимающих матрицу вокруг волокна и обусловленных разницей коэффициентов термического расширения компонентов и охлаждением композиции от температуры формования до температуры эксплуатации. Кроме того, между крайними условиями хорошей и плохой адгезии возможно большое число промежуточных случаев. [c.272]

Предполагается, что связующее обладает идеальными упругими, прочностными и адгезионными свойствами, обеспечивающими совместность деформации отдельных элементов стекло-наполнителя вплоть до разрушения. Стеклонаполнитель рассматривается в виде волокон круглого поперечного сечения, что не ограничивает общности полученных результатов. [c.122]

На свойства композита существенно влияет граница раздела волокно-матрица. В первую очередь это относится к их адгезионному взаимодействию. Локальные напряжения в композите достигают максимальных значений вблизи или непосредственно на границе раздела, где обычно и начинается разрушение материала. Адгезионная связь по границе не должна разрушаться под действием термических и усадочных напряжений, возникающих вследствие различия в температурных коэффициентах линейного расширения матрицы и волокна или в результате химической усадки связующего при его отверждении. Защита волокон от внешнего воздействия также в значительной степени определяется адгезионным взаимодействием по границе раздела. [c.416]

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]

Теория деформируемого (аппретирующего) слоя была предложена Хупером [20], который обнаружил, что усталостные свойства слоистых пластиков значительно улучшаются при нанесении аппретов на стеклянные наполнители. Он предположил, что аппрет на поверхности раздела в композите пластичен. Если учесть усадку смолы при отверждении и относительно большую разницу коэффициентов теплового расширения стеклянных волокон и смолы в слоистом пластике, то во многих случаях можно ожидать высокого значения напряжения сдвига на поверхности раздела в отвержденном (ненагруженном) образце. В этом случае роль аппрета состоит в локальном снятии таких напряжений. Следовательно, аппрет должен обладать достаточной рела1исацией, чтобы напряжение между смолой и стекловолокном снижалось без разрушения адгезионной связи. Если все же адгезионное соединение нарушается, то это свидетельствует об отсутствии предполагаемого механизма самозалечивания повреждения. Можно ожидать, что уменьшение внутренних напряжений способствует повышению прочности слоистого пластика, особенно при неблагоприятных условиях окружающей среды (влажная атмосфера). [c.36]

Введение эластичного подслоя на границу раздела фаз может улучшать свойства композиций по следующим механизмам 1) предохранение поверхности волокон в процессе получения композиций и формирования изделий и увеличение реализации их прочности 2) снижение термических напряжений в результате сближения коэффициентов термического расширения фаз 3) релаксация напряжения на границе раздела в результате деформирования подслоя без разрушения адгезионной связи и предотвра--Щения отслаивания полимера от наполнителя и его растрескивания 4) снижение концентрации напряжений из-за предотвращения контактов частиц наполнителя друг с другом, являющихся очень сильными концентраторами напряжений [38]. [c.288]

Чамис и др. [39] провели испытания по Изоду миниатюрных образцов из эпоксидных стекло- и углепластиков (размеры образцов 7,9 X 7,9 X 37,6 мм) с волойнами, параллельными и перпендикулярными оси консоли. Эксперименты выявили различные формы разрушения — расщепление, сопровождающееся выдергиванием волокон и расслоением. При поперечном армировании разрушение образца сопровождалось нарушением когезионных и адгезионных связей, а также расщеплением волокон. Как установлено авторами, ударная прочность образцов с поперечным армированием для всех испытанных материалов находится в соответствии с пределом прочности при межслоевом сдвиге. [c.314]

В данной главе раосматривается механизм передачи нагрузк>1 от матрицы к волокну через поверхность раздела и тем самым влияние поверхности раздела на структурную целостность композита. В Частности, анализируется влияние адгезии на прочность композитов и морфологию поверхности разрушения рассматриваются адгезионная прочность, методы измерения и расчета напряжений на поверхности раздела, остаточные напряжения и зависимость адгезии на поверхности раздела от режима нагружения композита, а также от наличия в нем пор и размеров волокон. Обсуждается возможность получения композитов с заданными адгезионными свойствами. Чтобы отразить общие тенденции и подчеркнуть наиболее важные моменты, многие из этих зависимостей иллюстрируются графически. Теоретическое рассмотрение указанных вопросов сопровождается соответствующими экспериментальными данными. [c.44]

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]

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]

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]

Несмотря на огромную практическую важность деформационнопрочностных свойств волокнистых композиций, теоретически они проанализированы значительцо хуже, чем упругие свойства. Процессы разрушения таких композиций необычайно сложны не только вследствие анизотропности и гетерогенности материала, но также вследствие многообразия возможных механизмов разрушения и определяющей роли адгезионных связей по границе раздела фаз, процессов их разрушения, из-за влияния таких факторов, как однородность ориентации волокон, концентрация напряжений на концах волокон, степень перекрывания концов соседних волокон, относительная хрупкость или пластичность компонентов и т. п. Только в случае бесконечно длинных волокон, ориентированных в одном направлении, при растяжении параллельно оси ориентации волокон прочность композиций может описываться простым правилом смешения [c.269]

Для хрупких композитов использование критериев начального разрушения имеет целью определение момента начала дисперсного разрушения материала, т. е. интенсивного образования субмикротрещин и микротрещин в компонентах по всему объему композита, которое приводит к потере сплошности связующего, разру-щению адгезионного контакта между матрицей и арматурой, а в случае волокнистых композитов — к дроблению самих волокон. Критерии начального разрушения, описывающие условия возникновения дефектов структуры композита указанных типов, предложены в работах А. М. Скудры и Ф. Я. Булавса [127, 128 и др.]. [c.76]

Здесь прочность волокна длины / , г — радиус цилиндрического волокна, Ts — касательное напряжение текучести в адгезионном слое. Если длина волокна L меньше /, то оно вытягивается из матрицы, не обрываясь если же L > /, то при вытягивании волокна оно обрывается. Соответственно, если длина всех волокон в однонаправленном композите меньше 2/, то при пересечении композита поперечной трещиной разрыва все волокна целиком вытаскиваются из матрицы, не обрьшаясь в случае же, если в исходном композите имеются волокна с длиной, большей 2/, то при постепенном увеличении нагрузки такие волокна постепенно оборвутся на волокна с длиной, равной или меньшей, чем 2Ы, затем уже произойдет вытягивание волокон из матрицы. Последний механизм соответствует идеально вязкому разрушению композита, без развития магистральной трещины. [c.74]

Кроме классических образцов в виде двойной консольной балки в работе [31] для изучения влияния геометрии образца на энергию разрушения была использована усиленная двойная консольная балка. Схема такого образца показана на рис. 4.30. Он представляет собой образец в виде двойной консольной балки, к наружным поверхностям которого после изготовления приклеивают алюминиевые пластины, используя связующее холодного отверждения. Чтобы избежать пластической деформации перед фронтом инициирующей трещины, которая обусловлена наличием полимерного кармана у обреза вкладыша, формирующего эту трещину, перед проведением испытания искусственно вызывают рост инициирующей трещины. На рис. 4.31 и 4.32 представлены результаты, полученные на образцах графито-эпоксидного (As-4/3502) и графито-полиэфирэфиркетонного (АРС-2/РЕЕК) однонаправленных композитов. Отметим наличие поведения типа кривой сопротивления, которое связано с возрастанием при увеличении длины трещины. Исследование поверхности разрушения обнаруживает, однако, наличие большого количества мостиков из волокон, которые и обусловливают рост G, . Данные, обозначенные зачерненными значками на рис. 4.31 и 4.32, получены с помощью эмпирического балочного подхода [уравнение (49)], тогда как обозначенные светлыми значками — методом измерения площади [уравнение (54)]. Хотя длина трещины, при которой G, перестает изменяться, зависит от геометрии образца, условие начала разрушения (величина G, , соответствующая началу роста трещины) не зависит от геометрии образца. Это пороговое значение и представляет, по-видимому, искомую характеристику материала. Как показано в разд. 4.4.7, полученные пороговые значения Gj оказываются равными величинам, измеренным на образцах с тонким адгезионным слоем из чистого связующего. [c.234]

Эквивалентность данных испытаний двойной консольной балки с тонким адгезионным слоем и композитных образцов иллюстрируется на рис. 4.36, где сопоставлены критические скорости высвобождения энергии деформирования при адгезионном разрушении и межслойном разрушении [31]. Величины для пластичных смол (ВР 907 и РЕЕК) получены на тонких ( <0,033 мм) слоях, а для смол Narm o 5208 и Her ules 3502 — на слоях /<0,25 мм. Чтобы избежать осложнений, связанных с образованием мостиков из волокон (разд. 4.4.6), при испытаниях композитов учитывалось значение рассчитанное по начальному прорастанию трещины. В табл. 4.4 представлены те же данные, что и на рис. 4.36. При обработке экспериментальных результатов, приведенных на рис. 4.35 и 4.36, использовалось уравнение (49). [c.239]

Как уже отмечалось (см. гл. 1, разд. 2), фрактографический анализ разрушенных образцов позволяет сделать определенные выводы о механизмах разрушения например, при длительных статических испытаниях процессы разрушения углеалюминия также начинаются с разрывов отдельных, наименее прочных волокон. Однако разгрузка концевых участков разрушенных волокон происходит путем медленного их отслаивания от матрицы в сочетании с релаксацией касательных напряжений в матрице. .Непосредственно на фрактограммах об этом свидетельствует усиление разветвленности поверхности излома и увеличение количества выдернутых волокон со следами зон адгезионного (по границе волокно—матрица) и когезионного (по матрице) разрушения на их боковых поверхнодтях (см. рис. 4) [51]. [c.230]

В первоначальный момент внедрения инструмента происходит сжатие обрабатываемого материала, что приводит к сжатию контактных слоев и увеличению площади контакта инструмента. При дальнейшем увеличении нагрузки сначала происходит хрупкое разрушение полимерной матрицы с образованием опережающей трещины. Появляется зона сдвига, являющаяся условно плоскостью скалывания, расположенной под углом р к направлению движения инструмента. Одновременно происходит как нарушение адгезионных связей между волокнами армирующего материала и полимерной матрицей, так и разрушение (главным образом разрыв) волокон. Образуется элемент стружки, который перемещается вдоль плоскости сдвига, чему способствует непрерывное перемещение инструмента, и по передней поверхности. В процессе смещения элемента стружки происходит дальнейшее сжахие обрабатываемого материала и образование нового элемента стружки, который отделяется в тот момент, когда сила, действующая на резец, превысит [c.21]

Свойства границы раздела, в первую очередь, адгезионное взанмодейсгвие волокна и матрицы определяют уровень свойств композитов и их сохранение при эисплуатации. Локальные напряжения в композите достигают максимальных значений как раз вблизи или непосредственно ва границе раздела, где обычно и начинается разрушение материала. Граница раздела должна иметь определенные свойства, чтобы обеспечить эффективную передачу механической вагрузки от матрицы на волокно. Адгезионная связь по границе раздела не должна разрушаться под действием термических и усадочных напряжений, возникающих вследствие различия в температурных коэффициентах линейного расширения матрицы и волокна или в результате химической усадки связующего при его отверждении. Защита волокон от внешнего воздействия также в значительной степени определяется адгезионным взаимодействием по границе раздела. [c.12]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...