Прочность волокнистых композиций

Прочность связи по границе раздела волокно—матрица является важнейшим фактором, определяющим трансверсальную прочность волокнистых композиций. Продольная прочность зависит от прочности адгезионной связи только при очень малой длине волокон. [c.272]

Для характеристики прочности волокнистых композиций часто используют величину так называемой межслоевой прочности при сдвиге. Она обычно измеряется методом изгиба короткой балки, в которой сдвиговые напряжения вызывают раскалывание образца по слоям.. Межслоевая прочность при сдвиге увеличивается с ростом прочности матрицы при растяжении или сдвиге и уменьшается при увеличении содержания пор [57]. При получении монолитных беспористых композиций эту прочность можно увеличить [c.273]

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]

Прочность волокнистых композиций в сильной степени зависит от ориентации волокон по отношению к растягивающим напряжениям. Даже небольшие отклонения волокон от основной ориентации понижают прочность композиции. Для композиций же с дискретными волокнами достижение заданной ориентации является трудно выполнимой задачей. [c.159]

Рис. 128. Расчетные зависимости прочности волокнистых композиций (Ос) от объемной доли волокна (V/) и от соотношений общей длины волокон (//) и критической длины (/с)

Рис. 130. Расчетная зависимость прочности волокнистой композиции Ос от объемной доли волокон V

Прочность композиций, армированных непрерывными волокнами. В волокнистых композициях непрерывные волокна обычно распределены по всему объему. В целях упрощения предположим, что они однородны, непрерывны, ориентированы в одном направлении и прочно сцеплены с матрицей, так что при деформировании между ними отсутствует проскальзывание. Пусть к образцу из такого композиционного материала приложена осевая нагрузка Р, которая связана с напряжением соотношением [c.15]

Как правило, матрицей является металл, а армирующим компонентом — волокно. Однако возможно, когда матрицей будет керамическая фаза. Например, композиционной будет корундовая матрица, армированная волокнами нитрида алюминия или бора. Известно много вариантов таких композиций. Свойства волокнистых композиций зависят от природы компонентов, их соотношения, технологии производства. Большое значение имеют свойства волокон, которые различаются по кристаллическому строению (моно- и поликристалличе-ские), размерам (непрерывные или прерывные — штапельные) волокна обычно оценивают по соотношению длины / к диаметру d. Известно, что волокна обладают исключительно высокой прочностью, приближающейся у ряда материалов к теоретической. В табл. 53 приведены некоторые свойства нитевидных кристаллических волокон. [c.246]

На свойства волокнистой композиции помимо высокой прочности армирующих волокон и жесткости пластичной матрицы оказывает влияние прочность связи на границе матрица — волокно. [c.258]

При изготовлении высокопрочных волокнистых композиций упрочняющие волокна размещают в том направлении, в котором нужно в детали достигнуть максимальной прочности. Предел прочности такой композиции в направлении непрерывных волокон [322] [c.184]

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]

Разрушение при циклическом нагружении волокнистых композиций чрезвычайно сложно и мало изучено. Усталостное разрушение таких композиций обычно начинается с образования трещин в матрице или разрушения связи полимер — волокно. Выносливость резко уменьшается с повышением амплитуды напряжения. Пластичная матрица повышает выносливость по сравнению с хрупкой. С увеличением отношения длины волокон к диаметру вплоть до 200 выносливость возрастает [76]. Тепловыделения при циклических нагрузках снижают выносливость, особенно при высоких частотах [79—80]. Механические потери в композициях особенно велики вблизи границы раздела фаз, рассеяние тепла затруднено, что приводит к быстрому нарастанию температуры и катастрофической потере жесткости и прочности. [c.277]

Продольная прочность 269, 272—274 Продольно-трансверсальный модуль упругости при сдвиге 120—122 волокнистых композиций 264 [c.308]

Сдвиг 154, 155 Сдвиговая деформация 18 Сдвиговая прочность 269 Сдвиговое напряжение 18 Сжатие 154, 155 Скорость деформации 157—160 Слоистые волокнистые композиции 275, 276 Смеси полимеров [c.309]

Усталостная прочность 203—206 волокнистых композиций 277, 278 Усталостное разрущение 205 Устойчивость к царапанию 212, 213 [c.310]

Высокая прочность волокнистых материалов связана с использованием пластического течения матрицы и нагружением всех волокон композиции. Такие материалы должны обладать высокой термической стойкостью. Основные закономерности поведения металлических материалов с непрерывными волокнами были установлены на композиции медь—вольфрам. Первые опыты применения волокнистых композиционных материалов для электродов контактных машин не дали пока удовлетворительных результатов. По-видимому, это было связано с недостаточно удовлетворительным качеством материалов и отработанной технологией их изготовления, представляющей еще много принципиальных и технологических трудностей. Однако ожидаемые преимущества от использования таких материалов в недалеком будущем несомненно приведут к интенсивным научным поискам и созданию стойких материалов на основе высокопрочных волокон. [c.27]

На разрывную прочность волокнистых композиций значительное влияние может оказывать регулярность укладки и ориентации волокон и дефекты структуры, такие, например, как поры. Было установлено, что продольная прочность композиций, полученных намоткой волокон, может быть удвоена при отсутствии пор и пустот [37]. ТоЯки контакта различных волокон являются концентраторами напряжений и снижают прочность композиций, особенно трансверсальную [3, 38]. [c.270]

Теоретически выведено уравнение, учитывающее влияние адгезионной прочности Оа нэ трзнсверсальную прочность волокнистых композиций [521 [c.272]

Усталостная прочность волокнистых композитов — это свойство композиции, зависящее от комбинации свойств компонентов и поверхности раздела между ними. В результате этого композиционные материалы могут быть сконструированы для работы в условиях циклических нагрузок, во-первых, за счет выбора волокон и матрицы, имеющих подходящие свойства, и, во-вторых, за счет конструирования и контроля металлургической структуры поверхностей раздела. Последние данные указывают на то, что усталостную прочность современных бороалюминиевых композитов, например, можно существенно улучшить за счет контроля микроструктур поверхностей раздела. [c.437]

При высоких температурах, в этих материалах важное значение имеет форма зерна, т. е. отношение его длины I к диаметру d. Р. Фрэзер и Д. Эванс предложили рассматривать дисиерсноупроч-ненные материалы, как волокнистые композиции, в которых зерна, упрочненные дисперсными частицами, выполняют функцию волокон, а роль границ и прилегающих к ним областей сводится к передаче напряжений от волокна к волокну. В этом случае высокотемпературная прочность может быть повышена иутем увеличения площади границ, расположенных в направлении действующих напряжений, иутем увеличения отношения Hd. [c.7]

Подводя итог рассмотрению роли химического взаимодействия между волокнами и матрицей в поведении композиций под нагрузкой, следует еще раз подчеркнуть, что для получения композиций с оптимальным комплексом механических свойств следует допустить некоторую степень химического взаимодействия. Состояние поверхности раздела, прочность связи между компонентами непосредственно влияют на прочность в поперечном направлении, вязкость разрушения, усталостные свойства и прочность при сжатии. Прочность связи несущественно влияет на прочность в продольном направлении и длительную прочность одноосноармиро-ванных волокнистых композиций. [c.89]

Испытывали композиционные материалы с матрицами из полиэфирной, поливиниловой и эпоксидной смол, упрочненных стекловолокном и стеклотканью. С одной стороны, однонаправленные волокнистые композиции обладают повышенными прочностными свойствами на сжатие, с другой стороны, что нежелательно, — повышенной теплопроводностью. Для грубой оценки влияния способа армирования сравнивают отношение предела прочности на сжатие к теплопроводности [3]. [c.371]

Объемное содержание волокон в композиционном волокнистом материале может быть до 75% и зависит от проектируемых свойств композиционного материала. При введении волокон или нитевидных кристаллов прочность композиционного материала увеличивается, причем это увеличение проявляется уже при малой объемной доле волокон. Прочность Сткм волокнистых композиций может быть выражена эмпирическими уравнениями, которые многократно предлагались различными исследователями. Одно из них [c.247]

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]

Oднal o волокнистая микроструктура обычно получается в системах с низкой объемной долей упрочняющей фазы, поэтому прочность таких эвтектик может быть меньше прочности эвтектических композиций с пластинчатой структурой. При почти равных объемных долях упрочняющей фазы для обеспечения требуемых механических свойств, вероятно, более желательна волокнистая микроструктура. С другой стороны, исходя из относительной термической стабильности этих двух видов микроструктуры, более благоприятно пластинчатое строение. [c.114]

Полимеры, армированные волокнами, резко превосходят по своим свойствам ненаполненные полимеры. Однако большинство волокнистых композиций являются анизотропными с высокой прочностью только в одном направлении, и для использовдния этого их преимущества требуются специальные приемы конструирования изделий с оптимальным армированием. [c.263]

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]

Продольная прочность при сжатии однонаправленных волокнистых композиций обычно ниже, чем при растяжении из-за потери устойчивости волокон вследствие продольного изгиба при [c.272]

Однонаправленные волокнистые композиции обладают повышенной прочностью только в одном направлении. Хаотическое распределение волокон в плоскости или создание многослойных композиций, в которых волокна в различных слоях имеют различную ориентацию, приводит к получению композиций практически изотропных в одной плоскости, т. е. с максимальной прочностью в любом направлении в этой плоскости. Если волокна распределить в трех направлениях, высокая прочность может быть достигнута во всех направлениях. Однако прочность изотропных в плоскости или объеме композиций всегда меньше продольной прочности однонаправленных композиций, хотя эта разница и несколько меньше, чем для модуля упругости. [c.274]

Разрушение при ударе волокнистых композиций является значительно более сложным явлением, чем разрушение ненапол-ненных полимеров, что обусловлено особой ролью волокон и эффектами взаимодействия на границе раздела. Установление каких-либо общих закономерностей затруднено различием в используемых методах ударных испытаний. В общем случае для повышения работы разрушения и ударной прочности материала в нем должен реализовываться механизм распределения накапливаемой упругой энергии и поглощения ее как можно большим объемом материала. Если энергия концентрируется в малом объеме, материал разрушается хрупко, и его ударная прочность низка. [c.278]

Аналогично намотке волокон, используемой для получения однонаправленных волокнистых композиций, можно использовать намотку ленты для получения однонаправленных ленточных композиций. Ленту можно рассматривать как волокно, поперечное сечение которого значительно больше по ширине, чем по толщине. Ее сечение обычно прямоугольное, но оно может быть и эллипсоидным. Ленточные композиции обладают высокой прочностью и жесткостью в направлении, перпендикулярном оси ленты в плоскости листа, т. е. они значительно более изотропны в пло- [c.282]

При х у = 1 уравнение (8.39) превращается в простое правило смешения. При соответствующем выборе полимерной матрицы можно получить композиции, трансверсальная разрывная прочность которых более чем в 40 раз будет превосходить прочность матрицы, причем в процессе разрушения ленты будут ломаться в продольном направлении [981. В этом особое преимущество ленточных композиций по сравнению с однонаправленными волокнистыми композициями, обладающими трансверсальной прочностью значительно меньшей, чем прочность матрицы. Ленточные композиции могут иметь прочность выше прочности слоистых композиций с перекрестной или другими формами укладки волокон. [c.286]

Было предпринято много попыток нанесения промежуточных слоев на поверхность наполнителей [114—117]. При этом в некоторых случаях достигалось довольно существенное улучшение ряда свойств. Трансверсальная прочность при разрыве однонаправленных волокнистых композиций, в которых стеклянные волокна перед введением в эпоксидную смолу.были покрыты более эластичной смолой, возросла почти в два раза [114]. Продольная [c.287]

Волокнистые композиции отличаются анизотропией свойств и обладают очень высокой прочностью и жесткостью в одном или нескольких направлениях. Для однонаправленных волокнистых композиций по их составу и свойствам компонентов могут быть рассчитаны значения всех пяти или шести независимых модулей упругости с достаточной степенью точности по сравнительно простым уравнениям. Модули упругости слоистых волокнистых композиций или композиций с хаотически распределенными волокнами могут быть также легко рассчитаны. Что же касается прочности, то она может быть предсказана очень приблизительно. Некоторые показатели прочности, в частности, продольная прочность при растяжении, определяются главным образом прочностью волокон, тогда как трансверсальная прочность при растяжении или межслойная сдвиговая прочность — свойствами матрицы. Прочность при растяжении и ударная прочность сильно зависят от длины волокон и прочности адгезионной связи волокно—матрица. Для обеспечения высокой прочности при растяжении длина волокон должна возрастать при снижении прочности адгезионной связи. Наоборот, ударная прочность обычно возрастает при уменьшении прочности связи волокно—матрица и сокращении длины волокон до определенного предела. [c.289]

Чему равна продольная прочность при растяжении однонаправленной волокнистой композиции, полученной методом намотки, при Фа = 0,65, СТй2=1.72-10 МПа, 0 = 82, МПа [c.290]

Почему при переходе от однонаправленных волокнистых композиций к композициям с хаотическим распределением волокон в плоскости относительный модуль часто уменьшается в большей степени, чем относительная прочность при растяжении [c.291]

Обращение фаз 230—233 Объемный модуль 22, 35 Огибающая разрывов 159, 160 Однонаправленные волокнистые композиции, прочность 269—274 Ориентация 80—82 [c.308]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...