Упругие свойства композиционных материалов

Рассматривая влияние упругих свойств волокна на свойства композиционного материала, Цай установил, что продольный модуль упругости п определяется главным образом модулем упругости волокна /, в то время как модуль упругости матрицы Еш [c.210]

Древесина, как известно, является идеальным строительным материалам. Она обладает высоким модулем упругости в наиравленин волокон прп низкой плотности. Кроме того, ее прочность, необычно высокая для органического материала, не зависит от температуры в н]ироком интервале. В этом отношении древесина значительно превосходит синтетические органические полимерные материалы. Кроме того, древесина, обладая низким коэффициентом теплопроводности, имеет очень высокие теплоизоляционные показатели. К недостаткам. чревеспны относятся анизотропия прочностных свойств, высокие водопоглощение н набухание. Свойства некоторых композиционных древесных материалов приведены в табл. 9.2. Таблица 9.2. Свойства композиционных древесных материалов [28] [c.124]

В то же время очевидно, что должен существовать предел соотношений стекловолокна и клеящей среды, обеспечивающий оптимальные характеристики композиционного материала. При увеличении относительного содержания полимерного связующего в материале наступает закономерное снижение прочности вместе с уменьшением количества стеклянных волокон, в основном воспринимающих нагрузку при приложении напряжения. При уменьшении же количества полимерного связующего ниже определенного предела прочность материала также уменьшается вследствие недостаточной склейки всех волокон и нарушения условий, обеспечивающих совместную работу обоих компонентов. Аналогичным образом соотношение компонентов влияет и на упругие свойства стеклопластиков. [c.286]

Все перечисленные эффекты усиления являются чисто механическими, связанными с заменой части объема полимера частицами наполнителя (или сеткой наполнителя) с хорошей адгезией на поверхности раздела. В принципе, вполне достаточна резкая граница раздела (при условии, что хорошая адгезия определяется адсорбцией ближайших атомов матрицы на субстрате). В таком случае соблюдение аддитивного соотношения для модуля упругости означает, что наполнитель не влияет на высокоэластические свойства матрицы и что релаксационные свойства композиционного материала эквивалентны свойствам в массе матрицы (при условии, что наполнитель очень жесткий, характеризующийся низким уровнем механических потерь). С другой стороны, многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что наличие частиц наполнителя в действительности изменяет свойства полимерной матрицы, по крайней мере ее части, находящейся предположительно в окрестности частиц наполнителя. Эффекты такого типа давно были известны для наполнителей с высокой удельной поверхностью, которые влияют по крайней мере на тонкий слой матрицы в результате адсорбции, затекания в неровности поверхности и т.д. Однако не всегда легко понять, что подобные эффекты могут наблюдаться при использовании наполнителей с низкой удельной поверхностью (например, частиц диаметром 30 мкм) действительно, справедливость выводов такого типа до сих пор остается под вопросом [1003]. [c.373]

Свойства композиционного материала зависят главным образом от свойств армирующего волокна. Если использовать стекла с более высоким модулем упругости и прочностью по сравнению с обычным стеклом, то можно добиться некоторого улучшения свойств композиции, сейчас главное внимание в этом направлении уделяется разработке новых материалов, например получению волокон из бора (выросших на вольфрамовой основе), графитовых волокон и усов из различных веществ. [c.192]

Свойства в поперечном направлении. Свойства композиционного материала в направлении, поперечном направлению волокон, можно представить моделью, которая состоит из пружин, расположенных последовательно по отношению друг к другу. Эта модель предполагает постоянство напряжения, т. е. O = упругое поведение матрицы и волокон, равенство коэффициента Пуассона для матрицы и волокон. [c.79]

В тех случаях, когда матрицей служит термореактивная смола, например полиэфирная или эпоксидная (на практике такой вариант встречается наиболее часто), поведение композиционного материала близко к упругому, вплоть до того момента, пока не начинается растрескивание в матрице и нарушается связь с волокнами. После этого свойства композиционного материала начинают зависеть от времени и определяются главным образом механизмом взаимного проскальзывания матрицы и волокна. [c.80]

Прочность асфальтобетона на растяжение, сдвиг и т.п. как композиционного материала во многом определяется свойствами вяжущего, которое обеспечивает упругую фиксацию минеральных частиц друг относительно друга, и качеством сцепления вяжущего с поверхностью зерен каменного материала (адгезией). [c.123]

Попытки установить зависимости между механическими характеристиками изделий и компонентов, входящих в состав композиционного материала, многочисленны, но предлагаемые формулы не всегда удобно применять в инженерной практике. Кроме того, при выводе формул обычно принимаются во внимание лишь соотношения между некоторыми характерными свойствами (прочность, модуль упругости, коэффициент Пуассона), которые считаются определяющими [42, с. 41]. Однако нельзя не принимать во внимание различия в релаксационном характере свойств различных компонентов пластиков. Необходимость учета большого числа факторов в ряде случаев затрудняет создание расчетных формул общего вида [54]. Иногда целесообразны расчетные формулы частного характера, справедливые для какого-либо определенного состава композиции. Примерами могут служить приближенные зависимости для расчета стеклопластиков, в которых использованы маты, непрерывные волокна или ткани [55, с. 1 56, с. 43]. [c.24]

Пуассон установил, что если на стержень действует растягивающая нагрузка, то удлинение стержня в осевом направлении сопровождается изменением (обычно уменьшением) размеров в поперечном направлении. Отношение поперечной деформации к продольной называется коэффициентом Пуассона (V). Для изотропного материала V является постоянной величиной и вместе с Е полностью характеризует его упругие свойства (см. раздел 4.10.2). Для анизотропных материалов, таких, как композиционные, V зависит от направления действия напряжений, и для их более полной характеристики требуется большее число упругих констант. [c.209]

Аналогичные преобразования справедливы для любого орто-тропного материала, т. е. материала, в котором свойства симметричны относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей, а также для композиционных материалов на основе плоских тканей и тканого ровинга. В работе [7] приводятся расчетные кривые зависимости упругих констант от угла к главным осям для полиэфирного стеклотекстолита и композиционного материала на основе полиэфирной смолы и тканого ровинга. [c.212]

Одной из основных задач механики композиционных материалов является расчет их упругих, реологических и прочностных характеристик по известным свойствам компонентов. При этом оказываются существенными не только механические свойства составляющих компонентов, но и топология их распределения, условия сопряжения на границе раздела фаз и взаимодействия между элементами неоднородностей. При использовании композиционных материалов в технике в одних случаях могут оказаться существенными прочностные, а в других — упругие свойства. Типичным примером выхода из строя конструкции намного раньше разрушения материала может быть потеря устойчивости листа стеклопластика, используемого в качестве несущей конструкции. Ниже основное внимание уделяется вычислению постоянных упругости и реологических характеристик структурно-неоднородных полимеров. С вопросами прочности композиционных материалов можно ознакомиться, например, по обзору Розена [1]. [c.307]

Однако оказалось, что экспериментально измеренные напряжения в волокнах ПП почти в 2 раза меньше значений, получаемых расчетным путем по (3.3). Это различие было объяснено появлением в композите ПЭ—ПП упрочненного слоя ПЭ в зоне контакта с волокнами. Этот упрочненный слой, обусловленный упорядоченным расположением макромолекул ПЭ на подложке (см. гл. 2), способен воспринимать дополнительную нагрузку, что и приводит к изменению механических свойств композита по сравнению со свойствами, предсказываемыми правилом смесей. Толщина модифици системе ПЭ—ПП составляет 10 мкм этого слоя необходим при оценке свойств композиционных материалов. В частности, для модуля упругости композиционного материала в [15] предложено выражение [c.122]

Компоненты стеклопластика не в одинаковой степени участвуют в сопротивлении композиционного материала механическому воздействию. Так, прочностные и деформативные свойства связующего наиболее отчетливо проявляются в сопротивлении статическому изгибу и сдвигу и в меньшей степени-в сопротивлении растяжению и сжатию. Естественно, что сорбция среды, приводящая к изменению физико-механических свойств связующего, в первую очередь отражается на модуле упругости и прочности увлажненного стеклопластика при изгибе (табл. 5.2). [c.123]

Подобная корреляция модуля Юнга и удельного объемного электрического сопротивления в направлении оси волокна объясняется тем, что эти показатели находятся в функциональной зависимости от величины 1/созф. Увеличение электропроводности с ростом модуля упругости волокна объясняет зависимость диэлектрической проницаемости (г, е") и tgo, измеренных при 10 Гц, от угла текстуры для высокомодульных волокон (см. табл. V.2). Варьируя модуль упругости, а следовательно, и электрические свойства углеродного наполнителя, можно регулировать электрические свойства композиционного материала. [c.209]

Металлическая матрица композиционных материалов выбирается из условий получения максимальной удельной прочности материала, обеспечения связи между упрочняющими элементами и получения необходимых технологических и эксплуатационных свойств. Она обеспечивает передачу нагрузки на волокна, вносит существенный вклад в модуль упругости и снижает чувствительность к концентраторам напряжений. В качестве матриц используются магний, алюминий, титан, кобальт, никель и их сплавы, стали. Преимуществами металлических матриц являются [c.78]

Прочностные, упругие и другие механические свойства пространственной сетки, безусловно, зависят от природы наполнителя, дисперсности и формы его частиц. Например, минеральные наполнители повышают жесткость материала, рост дисперсности волокон приводит к увеличению упругой деформации. Каучукоподобные наполнители придают материалу эластичность, ударную прочность. Большое значение для обеспечения долгосрочной службы композиционных материалов имеет снятие внутренних напряжений, способствующих преждевременно- [c.449]

В начальный период разработки композиционных материалов на основе углеродных волокон для их испытаний применялись методы, разработанные для стеклопластиков [99]. Однако ряд особенностей углепластиков (высокая анизотропия свойств, большая жесткость, меньшая прочность при межслоевом сдвиге и др.) определили необходимость разработки специальных методов их испытания [100], Этот вопрос обсуждался на ряде конференций (см., например, [31, 101, 102]), а также во многих работах (см., например, [83, 103—107]). В последнее время для испытаний углепластиков предложены методы неразрушающего контроля [108—113], которые наряду с оценкой упругих характеристик позволяют выявлять ряд дефектов материала. [c.170]

Двухоболочечная модель Кернера [65] относится ко второй группе моделей. Из условия расширения сферического включения, окруженного однородной средой, вытекает требование непрерывности смещения и напряжения на поверхности включения. Предполагается, что однородная среда обладает упругими свойствами композиционного материала без включений. Модель связывает модули сдвига О, и объемного сжатия /(, (или коэффициенты Пуассона ) произвольного числа изотропных элементов с макроскопическими модулями Ос и Кс- [c.44]

Практически оказалось, что при однонаправленном армировании самые различные механические и термические характеристики (модуль упругости, коэффициент Пуассона, теплопроводность, термическое расширение) вдоль направления волокон подчиняются простому закону смешения. Следует отметить, что рассмотренные модели дают довольно скромные результаты при оценке свойств в поперечном направлении. В этом случае целесообразно привлекать более сложные модели. Использование таких моделей привело к выводу о том, что свойства в поперечном направлении и модуль сдвига композиционного материала чувствительны к разности в значениях коэффициента Пуассона, геометрии волокна, способу упаковки волокон и, в особенности, к свойствам матрицы. [c.81]

Б. качестве армирующих наполнителей в настоящее время широко используются металлические и металлизированные углеродные волокна, фелт-металл, нитевидные кристаллы, фольга, спеченные методами порошковой металлургии пористые металлические каркасы. За последние >5—10 лет в нашей стране и за рубежом разработан ряд металлополимерных материалов, армированных волокнами с различными механическими свойствами (борными, стеклянными, металлизированными углеродными и др.), что позволило значительно повысить модуль упругости, износостойкость, ударную вязкость и прочность этих материалов. Одно из новых оригинальных направлений регулирования свойств металлополимерных материалов — создание нолиматричных систем или систем в которых слои волокнистого композиционного материала чередуются со слоями фольги, что позволяет регулировать степень анизотропии свойств материала, улучшать его характеристики. Изменением направления армирования волокон в различных слоях композиционного материала регулируются его свойства в плоскости армирования [3]. [c.81]

Крибб при выводе своей формулы (6.19). не накладывал каких-либо ограничений на форму, размер или распределение частиц. Простота его метода является очень заманчивой, но проблему вычисления ус он, к сожалению, свел к проблеме расчета объемного модуля упругости композиционного материала Кс- Для применения этой формулы необходимо знать Кс или уметь его рассчитать, исходя из свойств и объемных долей отдельных компонентов. В то же время, как указывает Крибб, его формула дает возможность рассчитать Кс, экспериментально определив ус и зная соответствующие константы обеих фаз. Очевидно, что это — одно из основных достоинств этого уравнения. Однако неопубликованная работа авторов этой главы показала, что значения Кс, рассчитанные таким образом, являются завышенными. Крибб предполагает, что для вычисления Кс можно использовать формулы Рейсса и Фойгта, позволяющие рассчитывать крайние значения [c.260]

Со)полимеры АА нашли широкое применение и в текстильной промышленности. Для защиты нитей при переработке на них наносится защитный слой крахмала и желатины. В качестве защитного слоя при шлихтовании нитей более перспективно использование (со)полимеров АА, которое позволяет значительно сократить объемы дефицитных пищевых продуктов - крахмала и желатины. Для шлихтования нитей используются и сополимеры АА с винилацетатом (О < < 0,82), при этом можно использовать некондиционные ПАА и сополимеры АА с низкими значениями ММ. Шлихта с низкомолекулярными (со)полиме-рами АА быстро сохнет с образованием прочной пленки, обладающей повышенным влагопоглощением [18]. Высокомолекулярные (со)поли-меры АА используются в качестве аппретивов для тканей, при этом особенно хорошие результаты получены для метилольных производных АА. При взаимодействии метилольных групп макромолекул сополимеров АА с гидроксильными группами целлюлозы образуется особая сетчатая структура композиционного материала, придающая аппретированному волокну упругость и несминаемость. Сульфомети-лированный ПАА, сополимеры АА с этиленсульфокислотой и стиролсульфокислотой успешно применяются для придания тканям антистатических свойств и для повышения их огнестойкости, а также для уменьшения загрязняемости. Экспериментально было показано, что при переходе от ПАА к статистическим сополимерам АА со стиролсульфокислотой резко изменяется (на четыре и пять и более порядков в сторону уменьшения) поверхностное сопротивление, в меньшей степени - объемное сопротивление волокон и пленок. [c.173]

Новая область применения термостойких волокон появилась в связи с открытием уникальных антифрикционных свойств этих волокон. Особый интерес представляет использование влтокон в виде полимерных покрытий для подшипников скольжения. Покрытия представляют собой композиционные полимерные материалы, армированные тканями из одного или двух типов волокон. В последнем случае одно из них является высокопрочным, другое антифрикционным. Материал может наноситься на поверхность любой из сопряженных деталей узла трения (вал, втулка, сфера и т.д.). Толщина покрытия в зависимости от назначения и предполагаемого ресурса работы может колебаться от 0,2 до 1,0 м/м. Покрытия обладают хорошими упругими свойствами. Интервал рабочих скоростей без смазки составляет 1 м/с, со смазкой— выше 12—15 м/с. Давление при работе двигателей в отсутствие ударного нагружения 5,6-10 Па, в условиях ударного нагружения— 2,8-10 Па. Коэффициент трения колеблется от 0,03 до 0,08 в зависимости от нагрузки и скорости. Продолжительность работы таких покрытий в зависимости от скоростей и давлений составляет до 50 тыс. ч. Сообщается [9], что полимерные антифрикционные покрытия успешно применяются в автомобилестроении, авиа- и ракетостроении с 1962 г. [c.207]

Методом электростатического нанесения порошков пентапласта ъ облаке заряженных частиц был получен армированный композиционный материал на основе пентапласта и высокомодульного углеграфитового волокна [45, с. 40]. Однонаправленный углепластик ла основе пентапласта отличается исключительно высокими физико-механичёскими показателями. Его модуль упругости при изгибе достигает 36,75 ГПа (375 ООО кгс/см ), а разрушающее напряжение при изгибе 0,52 ГПа (5300 кгс/см ), что в 35 и 9, раз соответственно превышает свойства немодифицированного пентапласта. Материал обладает анизотропией электро- и теплопроводности. [c.90]

Прочностные свойства резко возрастают за счет образования пространственной сетки из частнц дисперсной фазы. Чем анизо-метричнее форма частнц, тем при меньшей их концентрации образуется пространственная структура. Особенно эффективны в этом отношении волокнистые наполнители, широко используемые в качестве армирующего компонента. Основную часть механических нагрузок на такой материал принимает на себя пространственная сетка из наполнителя, матрица передает эти нагрузки от частицы к частице, и если она мягче наполнителя, то служит кроме того, в качестве амортизатора. Прочностные, упругие и другие механические свойства пространственной сетки, безусловно, зависят от природы наполнителя, дисперсности и формы его частиц. Например, минеральные наполнители увеличивают жесткость материала, рост дисперсности волокон приводит к увеличению упругой деформации. Каучукоподобные наполнители придают материалу эластичность, ударную прочность. Большое значение для долгосрочной службы композиционных материалов имеет снятие внутренних напряжений, способствующих преждевременному разрушению материала. Если в бетонах внутренние наиряжения понижают с помощью вибрации прн твердении или добавлением ПАВ, то у металлов это достигается введением специальных модификаторов (обычно поверхностно-активных), в том числе гетерофазных включений. [c.393]

АНИЗОТРОПИЯ (от греч. йгюод — неравный и троло — направление) — различие свойств материала в разных направлениях. Соответственно материалы, св-ва к-рых в разных направлениях неодинаковы, наз. анизотропными. Материалы с аморфной структурой или поликристаллы с равновероятным расположением кристаллитов и структурных элементов обычно изотропны (см. Изотропия), а материалы с закономерным внутренним строением (напр., монокристаллы), как правило, анизотропны. Анизотропны и материалы с т. н. конструктивной А.— железобетон, металлические композиционные материалы. К наиболее важным для практики св-вам, проявляющим А., относятся мех. св-ва (деформируемость и пр.), электропроводность и электрическое сопротивление, магн. св-ва (см. Магнитная анизотропия), теплопроводность, оптические св-ва (см. Оптическая анизотропия). А. мех. свойств материалов может быть начальной (исходной), т. е. существующей до их нагружения, и вторичной (деформационной), т. е. изменившейся или вновь возникшей вследствие деформации. Начальной является, напр., А. упругих св-в многих монокристаллов, вторичной — зависимость предела текучести или сопротивления разрушению от ориентации образца материала относительно направления деформационного упрочнения. В соответствии с осн. стадиями нагружения (упругой, упругопластической, разрушением) различают А. св-в, связанных с упругостью материала А. сопротивления малым пластическим деформациям А. характеристик, обусловленных большой пластической деформацией, и А. характеристик, связанных с разрушением. В первом случае напряженное состояние в пределах упругос и и вне их может сильно изменяться. Во втором и третьем случаях А. проявляется только в упругопластической области, а вне ее материал может вести себя как изотропный. Мо- [c.78]

Пенопласты. Еще одним классом упаковочных полимерных композиционных материалов, который рассмотрен в этой главе, являются материалы с полимерной непрерывной и газообразной дисперсной фазами. Наибольшее распространение в процессах упаковки, обработки и хранения товаров и продуктов получили пенополпсти-рол, пенополиолефины и пенополивинилхлорид. Следует при этом подчеркнуть, что использование пенопластов, помимо чисто те.х-нических преимуществ, существенно снижает стоимость материалов. Это обусловлено тем, что стоимость полимерных упаковочных материалов в решающей степени определяется стоимостью полимеров, а введение газообразной дисперсной фазы резко увеличивает объем материала на единицу массы. Достоинства пенопластов с точки зрения их физико-технических свойств обусловлены более высокой жесткостью листов или пленок пенопластов на единицу массы по сравнению с монолитным материалом. Так, уменьшение плотности материала за счет вспенивания в 2 раза должно приводить к удвоению его толщины и возрастанию жесткости в 8 раз при той же массе материала. Поскольку при этом модуль упругости материала уменьшается пропорционально плотности также вдвое, реально жесткость материала возрастает в 4 раза. [c.461]

Развитие энергетики, промьш1ленности, строительства, сельского хозяйства, всех видов новой техники, здравоохранения, совершенствование быта и обеспечение питания человека требует производства во все возрастающих количествах материалов, веществ и препаратов с определенным комплексом механических, физических, химических и биологических свойств. Превращение одних веществ (сырья, полуфабрикатов) в другие, обладающие полезным и заданным комплексом свойств,— главная задача химии и химической технологии. Прогресс техники требует непрерывной работы по повышению прочности, жаропрочности, теплостойкости и химической стойкости конструкционных материалов. Исследования последних лет по химии и физике твердого тела свидетельствуют о широких возможностях дальнейшего повышения прочности и сулят в недалеком будущем получение материалов, обладающих почти теоретическим максимумом прочности, упругости и теплостойкости. Уже сейчас в небольшом масштабе реализован способ получения высокопрочных композиционных материалов на основе нитевидных кристаллов ряда таких веществ, как окись алюминия, окись магния и т. п. Огромное внимание приковано к древнейшему из материалов — стеклу. Разработанные методы упрочнения стекла обещают большой экономический эффект, а уя<е реализованная возможность использования металлургических шлаков для производства ситаллов позволит применить их для массового потребления. Из экспериментальных достижений последних лет следует, что значения прочности обычных межатомных связей не ставят границу максимальной прочности материала. Так, уже теперь при применении высоких давлений и температур можно получать искусственные материалы с твердостью, большей чем у алмаза. [c.150]