Прочность полимерной матрицы

ПРОЧНОСТЬ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ [c.125]

Теперь рассмотрим другой возможный случай разрушения армированного пластика при трансверсальном растяжении, когда прочность полимерной матрицы больше прочности сцепления между матрицей и волокном. Поскольку критерии (4.18) и (4.31) дают результаты, отличающиеся незначительно, в дальнейшем будем использовать критерий (4.18), который является более простым. [c.144]

Зависимость типа (5.12) имеет большое практическое значение. С одной стороны, она дает возможность оценить степень использования прочности полимерной матрицы- при заданном Нь, а с другой стороны, определить прочность сцепления кь, необходимую для полного использования прочности полимерной матрицы. [c.145]

Критерии (6.25) и (6.27) соответствуют случаю, когда прочность полимерной матрицы меньше прочности ее сцепления с волокном. [c.161]

Для высокомодульных материалов типа углепластиков прочность сцепления, как правило, меньше прочности полимерной матрицы. [c.161]

Рис. 3.20. Пределы длительной прочности композиционных материалов па полимерной матрице [13] при растяжении --) и изгибе (---)

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]

Правильный выбор типа полимерной матрицы имеет также значение для формирования прочностных свойств рассматриваемого класса материалов. Данные табл. 5.16 показывают, что прочность при сдвиге композиционных материалов на связующем ЭДТ-10 более чем в 3 раза превышает аналогичную характеристику материалов на основе матрицы ФН. Последний тип материалов имеет и значительно больший разброс значений прочности при сдвиге. Существенное расхождение имеет место так- [c.158]

Прочностные характеристики угле-род-углеродных материалов также чувствительны к технологическому режиму их создания. Замена полимерной матрицы на углеродную в меньшей степени отражается на прочности при сжатии материала и в большей степени влияет на прочность прн растяжении. Потеря прочности при сжатии незначительна, в то время как прочность при растяжении снизилась очень существенно. Относительно низкие показатели прочности при растяжении углерод-углеродных материалов, вероятно, оказывают влияние и на прочность их прн изгибе. [c.186]

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]

Одним из недостатков, препятствующих широкому применению композитов с полимерными матрицами, является их низкая прочность во влажном состоянии. Успехи, достигнутые при изучении этого вопроса, связаны главным образом с использованием эмпирических методо(В. В настоящей статье делается попытка определить наиболее важные направления исследований, которые могли бы привести к необходимым техническим решениям. [c.88]

Если используемый в качестве наполнителя волластонит предварительно обработан 0,7% D-силана, то прочность на изгиб наполненного поликарбонатного композита при комнатной температуре и при температуре 120 С выше, чем у высоконаполненной контрольной системы и ненаполненной полимерной матрицы при тех же температурах (табл. 20). [c.165]

В направлении, перпендикулярном оси волокна, действуют как радиальные растягивающие напряжения, так и нормальные напряжения сжатия (рис. 13) [32]. Нормальные напряжения сжатия увеличивают прочность сцепления на поверхности раздела, а растягивающие напряжения ее ослабляют. Эти напряжения вызываются также термической усадкой и усадкой при отверждении материала и зависят от размера и объемного содержания волокна в композите и модулей упругости волокна и смолы. Б углепластике нормальные напряжения сжатия полимерной матрицы составляют примерно 1,4 кгс/мм2, а радиальные растягивающие напряжения — около 0,35 кгс/мм . Следовательно, прочность композита при растяжении в. поперечном направлении понижается, так как некого- [c.262]

Очевидно, что механические свойства поверхности раздела также оказывают значительное влияние на прочность адгезионной связи. Поэтому, для того чтобы свести до минимума напряжения, возникающие в композитах, необходимо при их разработке учитывать размер волокна, его содержание, модули упругости полимерной матрицы и волокна, а также температурно-временные режимы изготовления материала. [c.263]

Влияние структуры и реакционной способности эпоксидных смол на прочность адгезионного соединения на поверхности раздела в композитах не исследовалось. Имеются данные, согласно которым потеря прочности углепластиков в результате старения может быть связана с изменением полимерной матрицы. И наконец, было показано, что вследствие разницы коэффициентов термического расширения волокна и смолы возникают остаточные напряжения в полимере и на поверхности раздела волокно — смола, что сказывается на прочностных свойствах углепластиков. [c.270]

Отрицательная характеристика стекла — относительно низкий модуль упругости. Поскольку большинство конструкций в космической технике работают иа предельных режимах по жесткости, то это служит существенным недостатком. Кроме того, недостаточный модуль упругости стекла приводит к чрезмерным напряжениям в полимерных матрицах. По этой причине происходит растрескивание при растяжении, ведущее к снижению усталостной прочности. [c.83]

В дальнейшем были разработаны новые перспективные волокна для композиционных материалов. К ним относятся углеродные волокна с различным сочетанием жесткости и прочности, борные волокна большого диаметра, органические волокна РНВ-49, волокна карбида кремния, непрерывные волокна окиси алюминия. Некоторые из этих волокон более пригодны для применения в сочетании с металлическими, а не полимерными матрицами. [c.131]

Свойства бериллия также исследовались для определения возможностей его использования в качестве волокнистого армирующего материала для композитов с полимерной матрицей, если он сам имелся в достаточном количестве в форме пластичной проволоки. Высокий модуль (на 40% больше, чем у стали) и низкая плотность (на 30% меньше, чем у алюминия) сделали его привлекательным конструкционным материалом для авиации, и можно было надеяться, что пластичность проволок улучшит ударные свойства композита. В работе [62] опубликованы некоторые результаты по растяжению бериллиевой проволоки диаметром 0,005 дюйм. Она разрушалась вязко даже при комнатной температуре после удлинения примерно на 1—3%. Позднее [36] исследован более детально предел упругости проволоки и определено ее остаточное удлинение при различных уровнях нагружения. Кроме того, исследованы также свойства длительной прочности проволоки при комнатной температуре. Данные показывают уменьшение прочности с ростом продолжительности действия нагрузки, однако результаты имеют большой разброс. [c.278]

Х, Длительная прочность композитов А. Композиты с полимерной матрицей [c.285]

Имеется еще несколько статей по исследованию влияния скорости на поведение при растяжении композитов с полимерной матрицей, армированной стеклотканью или короткими стекловолокнами. Одна из них [37] — исследование влияния скорости (и температуры) на поведение при растяжении полиэфирного композита, армированного стеклотканью 181. Измерены прочность при растяжении, деформация и модуль при восьми скоростях деформации, так что времена до разрушения менялись от 6,7-10 до 9,8 мс. Наблюдалось существенное увеличение прочности и значений деформации (см. табл. IV). [c.321]

Все главы книги посвящены анализу неупругих свойств в задачах деформирования и разрущения композитов. Последовательно рассмотрены общие вопросы построения композитов, природа их прочности и пластичности, механизм разрушения и усталости материалов с разной укладкой арматуры дан анализ разрушения слоистых композитов в условиях одноосного и двухосного нагружений с обзором критериев предельных состояний для анизотропных материалов осуществлен учет вязкоупругости в задачах деформирования и разрущения очерчены области применения линейной механики разрушения для композитов наконец, рассмотрены напряжения, возникающие вблизи волокон в процессе отверждения полимерной матрицы. [c.5]

На основании экспериментальных данных строятся непрерывные функции изменения характеристик материала в соответствии с уравнениями (2.6), (2.7). Полученные функции представляются в дискретном виде для шага с заданным числом циклов. На этом этапе следует хорошо понимать специфические свойства полимерной матрицы и волокон. Высокопрочные волокна имеют, как правило, отличные усталостные характеристики, и изменения их модуля и прочности в процессе нагрул<ения незначительны. Свойства матрицы ухудшаются, однако, весьма значительно. Надо ожидать, что учет усталостных свойств волокон и матрицы приведет к появлению в анализе дополнительных параметров. В их числе параметр, описывающий поведение поверхности раздела волокно — матрица. Отсюда следует, что определение усталостных характеристик компонент композита и выяснение их взаимосвязи не менее важно, чем получение данных об усталостном разрушении композита в целом. [c.89]

Предложите пути повышения прочности композита на основе полимерной матрицы, армированной органическими полимерными волокнами (органопластик). [c.183]

Браутман [И] установил, что максимальное радиальное растягивающее напряжение на поверхности раздела возникает по линии 30°, достигая 1,6 югс/мм (табл. 1). Непосредственные измерения микроостаточных напряжений показали, что прочность адгезионного соединения составляет примерно 0,56 кгс/мм . На основании этого можно сделать вывод, что напряжение, равное 1,6 кгс/мм , достаточно для разрыва такого соединения. Окружные напряжения до линии 30° составляют 8,4—10,5 кгс/мм , т. е. близки к прочности полимерной матрицы при растяжении. Таким образом, 1в данном случае происходит растрескивание матрицы вокруг волокон на поверхности раздела, что приводит к нарушению целостности адгезионного соединения. [c.71]

Матрица в таких композициях обычно подвергается сложным многоосным деформациям, а не чистому сдвигу, однако испытание на сдвиг (ASTMD 1002 или С 273) дает хорошее представление о сдвиговой прочности полимерной матрицы Tjj [99]. [c.285]

На практике очень трудно добиться регулярности ориентации чешуек и их перекрывания, необходимых для достижения высокой прочности наполненных композиций. Неориентированные чешуйки и области неэффективного перекрывания соседними чешуйками друг друга создают дефекты, резко снижающие прочность таких композиций. Для обеспечения их высокой прочности полимерная матрица должна удовлетворять тем же требованиям, что и при приготовлении ленточных однонаправленных композиций. Воздушные включения также могут резко ухудшать свойства чешуйчатых композиций, особенно когда они попадают между двумя чешуйками, нарушая адгезионное сцепление и действуя, как концентраторы напряжения. Большинство чешуйчатых композиций являются хрупкими с низкой ударной прочностью, хотя они мало чувствительны к надрезам и трещинам [106]. Низкая чувствительность к надрезу, по-видимому, объясняется большим числом дефектов, уже существующих в материале. [c.287]

Наиболее целесообразно применение в МПКМ термореактивного связующего, в котором удачно сочетаются адгезионные свойства на границе металл— полимер и высокая когезионная прочность полимерной матрицы. [c.877]

Из особенностей механических свойств ПКМ следует иметь в виду, что его прочность существенно превыщает прочность полимерной матрицы. Прочность отвержденного эпоксидного связующего при растяжении (около 90 МПа) приблизительно в 5 раз ниже такой же прочности однонаправленного эпоксидного карбопластика и в 3 раза ниже прочности однонаправленного стеклопластика. Поэтому клеевое соединение, например, слоистых ПКМ проектируется таким образом, чтобы его нагружение не осуществлялось в направлении, перпендикулярном слоям наполнителя, когда в работу вовлекается преимущественно матрица. По той же причине при нагружении клеевых соединений усилия от слоя ПКМ, контактирующего с клеевой прослойкой, не могут в достаточной мере передаваться на внутренние слои материала. [c.31]

Однонаправленное армирование. Прочность в направлении укладки волокон велика в ортогональном же направлении это есть прочность полимерной матрицы, т. е. величина относительно небольшая. Основной недостаток — это [c.54]

Рассмотрим частный случай комбинированного нагружения, когда на однонаправленно-армированный пластик одновременно действуют нормальные напряжения <ах>, перпендикулярные направлению армирования, и напряжения продольного сдвига <Т1ц.>- При таком нагружении прочность армированного пластика обычно определяется прочностью полимерной матрицы или прочностью сцепления. Сначала рассмотрим случай, когда прочность полимерной матрицы меньше прочности сцепления. Предполагая, что при комбинированном растяжении и сдвиге разрушение однонаправленно-армированного пластика происходит при достижении максимальными растягивающими напряжениями значения прочности полимерной матрицы, пользуясь энер-г етическим критерием прочности и учитывая формулу (5.8), получаем [c.150]

Прочность при сдвиге углерод-углеродных материалов как высокотемпературных весьма высока и не отличается от прочности при сдвиге одно- направленных слоистых углепластиков, изготовле шых на основе полимерной матрицы с использованием необработанных волокон [c.186]

Рассматриваемые углерод-углерод-ные материалы при нагружении на растяжение в направлении армирования, так же- как и материалы с полимерной матрицей аналогичной структуры, имеют линейную зависимость о (в) до разрушения (рис. 6.12). Кривые деформирования зтих материалов при сжатии имеют отчетливо выраженный перелом, свидегельстБу-ющий о качественных изменениях в механизме передачи усилий. Напряжения,, при которых наблюдается перелом Б зависимости о (е), составляют 0,55—0,60 от предела прочности. Отличной но отношению к материалам с полимерной матрицей является зависимость прогиба от нагрузки при поперечном изгибе углерод-углеродных материалов (рис. 6.13). Кривые tFmax (i ) имеют несколько переломов, причем даже при малых отношениях l h образца характер этих кривых не изменяется. [c.186]

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]

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]

Бор. Волокна бора характеризуются высоким сопротивлением сжатию наряду с высоким удельным модулем. Это позволяет использовать их, в особенности для конструкций, работающих под давлением (с ограниченной устойчивостью) и обладающих высокой жесткостью. Свойства волокон высоко стабильны. Благодаря высокому модулю упругости бора в полимерной матрице возникают низкие напряжения. Волокна имеют хорошую адгезию к связующему (матрице), что подтверждают высокие результаты стандартных испытаний на межслоевой сдвиг по методу короткой балки. Сочетание этих свойств ведет к повышению усталостной прочности волокнистых материалов с применением бора, составляющей, как правило, 70% от предельного значения кратковременной йрочно-сти для одноосноармироваиных материалов. [c.83]

В работе [9] также отмечены максимумы изменения энергии разрушения двух других полимерных систем, а именно эпоксидная смола — стекло и полиэфирная смола — стекло. Авторы [91 показали, что энергия разрушения зависит от степени связи по границе раздела стеклянных шариков и полимерной матрицы. Степень этой связи изменялась перед изготовлением композита путем предварительной обработки стеклянных шариков различными способами. Наибольшие значения энергии разрушения были получены при предварительной поверхностной обработке шариков составом, который применяется для облегчения выемки изделия из формы, что приводило к наиболее слабой связи по поверхности раздела. При увеличении прочности межфазных связей другими составами были получены более низкие величины энергии разрушения. На рис. 7 приведены аналогичные результаты для системы эпоксидная смола — стекло. Авторы [9] объяснили эти результаты образованием большей плогцади поверхности вследствие нарушения связи стеклянных шариков с матрицей в процессе возникновения треш ины. [c.25]

В работе [11] модель накопления повреждений при растяжении распространена на случай действия касательных напряжений в плоскости слоя. При этом действие нормальных напряжений, перпендикулярных армирующим волокнам слоя, не учитывается. Однако в слоях композита при плоском напряженном состоянии в зависимости от схемы армирования могут возникать все три ко.мпоненты напряжений (нормальные в направлении армирующих волокон, перпендикулярные им и касательные в плоскости слоя). Следовательно, для применения критерия прочности [II] к анализу слоистого композита необходимо учитывать и нормальные напряжения, перпендикулярные направлению армирования. Простые рассуждения показывают, что действие этих напряжений в композите с полимерной матрицей может проявиться в первую очередь в деформировании матрицы, а не волокон. Поскольку подобное предположение справедливо и для касательных напряжений в плоскости, логично ол<идать, что совместное действие нормальной и касательной компонент может привести к появлению неупругости матрицы при более низких напряжениях, чем при действии каладой из компонент в отдельности. [c.47]

Наполнители не повышают прочности при разрыве пластмасс и, при удачном сочетании, придают им новые ценные свойства, т. е. в данном случае полимерная матрица служит основой для образования ценных композитов. Таким образом, машиностроителями созданы высокоизносостойкие подшипниковые (металлофторпласт, композит С-1 и др.) и тормозные материалы (рети-накс и др.), данные о которых приведены на с. 225. [c.233]

Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиимидная. Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ей форму. Упрочнителями служат волокна стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и др.), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью. [c.475]

Смачивание полимерных материалов. Механические характеристики полимерных ко.мпозитов, армированных волокнами, зависят от трех факторов 1) протаости и утфутости волокна, 2) прочности и. химической стабильности полимерной матрицы (смолы, полиэтилен и др.), 3) прочности связи между смолой и волокном, от которого зависит эффективность передачи напряжений через поверхность раздела. [c.103]

Требования к полимерным матрицам, представленные в табл. 11.2, можно разделить на три фуппы 1) прочность, жесткость, теплостойкость 2) пластичность, вязкость разрушения, ударная вязкость, 3) пере-рабатываемость, технологичность связующего. При модификации материала матрицы, изменении условий, химической структуры, степени химической сшивки с улучшением свойств одной группы, автоматически ухудшаются другие. [c.135]

Развитие техники требует механически прочных и термостойких материалов. Композиты с металлической матрицей в большинстве случаев не обладают достаточной удельной прочностью, а композиты с полимерной матрицей, имея высокие удельные механические характеристики, значительно разупрочняются при воздействии высоких температур. Поэтому особый интерес представляют керамические (ККМ) и углерод-углеродные (У У КМ) композиционные материалы, которые ю-гут стабильно работать даже при телгпературах, превышающих температуру плавления металлической матрицы. [c.155]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...