Однонаправленные волокнистые композиции

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]

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 элементарные волокна ориентированы только в главном направлении (рис. 6.18,а). Это самый простой случай с точки зрения теоретического анализа и экспериментального изучения, так как такие композиционные материалы легко получить и испытать и для их характеристики необходимо знать только два термических коэффициента расширения. Вопросы теплового расширения однонаправленных волокнистых композиций были рассмотрены Грещуком [13], который вывел расчетные формулы, исходя из равновесия сил и соответствия деформаций. Полученные формулы имеют вид [c.279]

Предложено большое число уравнений для расчета этих модулей упругости [7—19]. Ниже будут обсуждены только простейшие или наиболее точные из этих уравнений для однонаправленных волокнистых композиций. Напряжение, действующее вдоль оси ориентации волокон, растягивает волокна и матрицу на одну и ту же величину, поэтому для композиции с длинными волок- [c.263]

Хотя для однонаправленных волокнистых композиций характерны очень высокие показатели модуля упругости в одном направлении, в других направлениях они могут быть очень низкими. На практике трудно спроектировать и особенно изготовить кон- [c.266]

Рис. 8.3. Зависимость модуля Юнга (а) и модуля упругости при сдвиге (б ) однонаправленной волокнистой композиции на основе борных волокон и эпоксидной матрицы от угла 6 (Е2/Е1 = О2/О1 = 120 Фа = 0,65) [25].

В этом уравнении продольный и трансверсальный модули, (Е1 и Ет) могут быть получены экспериментально при испытании однонаправленных волокнистых композиций или рассчитаны по уравнениям (8.1) и (8.2). [c.267]

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]

Эти данные являются характерными для стеклянных волокон в стеклообразной полимерной матрице и свидетельствуют о том, что однонаправленные волокнистые композиции обладают резко [c.282]

Рис. 8.9. Расчетная зависимость продольного (А) и трансверсального ( , В) коэффициентов термического расширения однонаправленных волокнистых композиций от объемной доли волокон [94]. Кривая А рассчитана по уравнению (8.2в), Б — (8.27), В — (8.29) (значения а, Е и V компонентов приведены в тексте).

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]

Насколько различаются зависимости относительного трансверсального модуля упругости EtIEi от состава однонаправленной волокнистой композиции при гексагональной и кубической упаковках волокон EjEy = 100. [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]

Еь — продольный модуль Юнга одноосноориентир ванных полимеров и однонаправленных волокнистых композиций, 2 Ер — модуль Юнга в плоскости двухосноориентированных полимеров или ориентированных в плоскости волокнистых композиций, 2 [c.301]

Ер — трансверсальный модуль Юнга одноосноориентированных полимеров или однонаправленных волокнистых композиций, 2 Ей — модуль Юнга неориентированных ненаполненных полимеров, 4 Ей Ец — модули пружин в четырехэлементной модели, 3 [c.301]

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

Интересным приложением высокопрочных волокнистых композиций являются бурильные трубы лунной буровой установки корабля Аполлон . Трубы состоят из трех полых секций общей длиной 2800 мм. Стенки труб имеют внутренний и внешний слои из эпоксидного стеклопластика с ориентацией волокон 45 в промежутке между этими слоями помещается слой однонаправленного бороэпоксида. На внутренней поверхности выполнена спиральная резьба, образующая нечто вроде шнека, продвигающего лунный грунт вдоль внешней поверхности вала. Труба имеет электрический привод, обеспечивающий вращение и продольную подачу. Полые трубы дают возможность вводить приборы для измерения температуры грунта под поверхностью и тепловыделения из глубины. Это оборудование использовалось в ходе лунных экспериментов Аполлон-16 . [c.117]

Н— композиция, содержащая поры вместо наполнителя L— граничное значение, рассчитываемое по простому (линейному) правилу смешения для композиционного материала сТ— граничное значение, рассчитываемое по формуле Тернера для композиционного материала ас— в осевом (продольном) направлении однонаправленных волокнистых композиционных материалов t — в поперечном (трансверсальном) направлении однонаправленных волокнистых композиционных материалов [c.242]

Формулы содержат упругие константы Еас (продольный модуль упругости) и Ей (трансверсальный модуль упругости). Вас мол<но рассчитать с помощью линейного правила смеси для модуля упругости, т. е. с помощью параллельной модели, а Et — С помощью модели, предложенной Хашином и Роузеном. Расчетные формулы для Et , недавно были проанализированы Роузеном [14]. Достаточно много работ посвящено экспериментальному определению коэффициентов расширения однонаправленных волокнистых материалов. Недавно авторами настоящей главы было проведено исследование, в котором оценивали термическое расширение композиций полиэфирных смол со стеклянными и углеродными волокнами. Образцы получали методом вакуумной пропитки, ос определяли с помощью линейного кварцевого дилатометра, а — с помощью объемного дилатометра. Значение ащ рассчитывали, подставляя полученные экспериментальные данные для Пас и в формулу (6.25) и принимая, что a2=az=at - Результаты исследования приведены в табл. 6.13 и 6.14, а их графическое изображение— на рис. 6.19 и 6.20. [c.279]

Большинство полимерных волокнистых композиций обладают резко выраженной анизотропией свойств и, как указывалось в гл. 2, их упругость должна характеризоваться по крайней мере пятью или шестью модулями упругости. Если волокна ориентированы в одном направлении (однонаправленные композиции) (см. рис. 2.1), то из этих модулей упругости важнейшее значение имеют четыре продольный модуль Юнга (растягивающее напряжение направлено вдоль оси ориентации волокон) трансверсальный модуль Юнга Ет (растягивающее напряжение направлено перпендикулярно оси ориентации волокон) продольно-трансверсальный модуль упругости при сдвиге (сдвиговое напряжение действует вдоль оси ориентации волокон) трансверсальный модуль упругости при сдвиге Отт (сдвиговое напряжение Действует перпендикулярно оси ориентации волокон). [c.263]

Правило смешения [уравнение (8.1)1 описывает продольный модуль Юнга Е только для композиции, содержащей очень длинные волокна. Ориентированные короткие волокна дают более низкие значения E - На рис. 8.2 приведена зависимость EJEi от отношения длины волокон к их диаметру при EJE = = 100 S-образная форма кривых обусловлена изменением коэффициента Л от 1,5 для сфер до бесконечности для очень длинных волокон. Отношение длины волокон к диаметру, большее, чем 100, позволяет реализовать все преимущества волокон в волокнистых композициях. Экспериментальные исследования однонаправленных коротковолокнистых композиций подтвердили теоретические представления о том, что только при соотношении длины к диаметру больше 100 композиции обладают максималь- [c.265]

Однонаправленные волокнистые полимерные композиции характеризуются двумя или в редких случаях тремя термическими коэффициентами расширения. Термический коэффициент расширения в продольном направлении а/, обычно мал из-за механических ограничений, накладываемых на матрицу волокнами, значительно меньше расширяющимися при нагревании, чем полимерная матрица. В трансверсальном направлении термический коэффициент расширения больше, чем в продольном, и при малом содержании волокон может стать даже больше, чем для нена-полненной матрицы. Причина этого состоит в том, что жесткие волокна, ограничивая расширение матрицы в продольном направлении, вынуждают ее расширяться в трансверсальном направлении больше, чем в отсутствие волокон. [c.281]

Материалы, наполненные частицами, а также дисперсно-упрочненные композиционные материалы можно считать изотропными. Однако в случае волокнистых, слоистых и однонаправленных композиций соотношения упругости соответствуют анизотропному телу, т. е. [c.269]

Вязкость разрушения, как указывалось, является одной из наиболее важных характеристик конструкционных материалов. С. Т. Милейко и др. [42], применив линейную механику разрушения к композиционному волокнистому материалу на алюминиевом сплаве с 50 об. % борных волокон (при однонаправленном армировании), определили для этой композиции величину вязкости разрушения. Работа разрушения указанной композиции оказалась в 3 раза выше работы разрушения алюминиевого сплава Д16Т, использованного в качестве матрицы. Они также определили, что вязкость разрушения, характеризующая сопротивление образованию трещин, повышается с увеличением объемного содержания в композиции хрупких армирующих волокон [42]. [c.26]

Таким образом, в отличие от волокнистых однонаправленных композиций, имеющих только один высокий модуль упругости, [c.284]

В работах [8 ] и [9 ] представлен обзор результатов по исследованию механических свойств высокопрочных металлических волокнистых композиционных материалов. В работе [8] приведены (с. 194—195) некоторые данные об анизотропии модуля упругости Е алюминиевого сплава, армированного однонаправленными борными волокнами, и значения Е для композиций из алюминиевой матрицы, [c.132]

Наиболее распространена пресскомпозиция АГ-4, которая представляет собой термореактивный волокнистый прессматериал на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы Р-2 и однонаправленного бесщелочного стекловолокна диаметром 7—9 мкм. Согласно техническим условиям выпускают две марки В и С материала АГ-4, которые отличаются расположением стекловолокна. Композиция АГ-4в содержит пучки неориентированных волокон длиной от 2—10 см, пропитанные связующим, а АГ-4с представляет собой ориентированные стеклянные волокна, также пропитанные связующим. Этот материал выпускают в виде лент различной ширины. Прессматериал АГ-4с для прессования изделий поставляется в подсушенном виде, с содержанием связующего 35—40% в стадии В. Изделия изготовляют в закрытых обогреваемых прессформах при давлении 400— 600 кПсм . [c.396]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...