Прочность композиций армированных

До недавнего времени углеродные волокна и ткани из них применялись для изготовления теплозащитных материалов. Однако усовершенствованная технология получения тонких волокон, сочетающих высокую прочность и жесткость с другими специальными свойствами (термостойкость, электропроводность и др.) позволила создать армированные угольными волокнами металлы и пластики, отличающиеся малой жесткостью и высокой прочностью. Такие композиции все больше применяются в космической, ракетной и авиационной технике. Чаще всего применяют углеродные волокна из вискозы и полиакрилонитрила. [c.70]

Таким образом, прочность композиции, армированной короткими волокнами, определяется в основном параметром Q, являющимся функцией переходного отнощения LdL [формула (4)], максимальной [c.336]

Основная причина неудач при попытках добиться повышения прочности керамических материалов путем армирования их нитевидными кристаллами металлов заключается в том, что керамические материалы обладают малой прочностью при растяжении и высоким модулем упругости. При напряжении разрушения удлинение керамической матрицы недостаточно, чтобы передать значительную часть нагрузки армирующим элементам. Если керамика расширяется при нагревании сильнее армирующего материала, то прочность композиции не увеличится по сравнению с прочностью неармированной керамики. В такой композиции растягивающие напряжения в керамике при охлаждении возрастают. Это обычно приводит к образованию микротрещин. [c.140]

Характерно, что при температурах выше О °С введение тефлона повышает прочность композиции, тогда как при низких температурах — понижает предел прочности. Пока не представляется возможным дать удовлетворительное объяснение этому факту. Согласно данным электронной микроскопии, форма частиц латекса тефлона несферическая. Кроме того, отсутствие эффекта армирования при использовании в качестве наполнителя тефлона можно связать с отсутствием смачиваемости из-за низкой адгезии на поверхности раздела фаз. Весьма трудно сказать, как влияет понижение температуры на смачиваемость частиц и как происходит концентрация напряжений вблизи несферических частиц. [c.104]

На основе этой модели интересно проследить за предсказаниями изменения прочности композиций в предположении обеспечения удовлетворительной адгезии матрицы к стеклу. Экспериментальные данные сравнивались с теоретическими значениями для полистирола, который известен своей плохой адгезией к стеклу (рис. 11). При улучшении адгезии можно достичь более ВЫСОКОЙ прочности армированных образцов (теоретическая кривая). Для зтого необходима химическая модификация полистирола. Поскольку такая возможность была продемонстрирована на примере полипропилена, достижение предельных значений предела прочности следует считать реальным. [c.282]

Условия окружающей среды становятся еще более жесткими на входном конусе сопла, и соответствующие требования к материалам сильно изменяются. Для этой цели требуются материалы особенно высокой жесткости, конструкционной прочности, обладающие чрезвычайно высокими показателями теплоизоляционных свойств. Однако в этом месте сопла допускаются некоторые изменения геометрических размеров сечения, так как их влияние на параметры критического сечения сопла относительно невелико. Металлические, керамические и графитовые жаростойкие материалы, вообще говоря, непригодны для изготовления входного конуса неохлаждаемого сопла вследствие его больших размеров, сложной конфигурации и неподходящих свойств перечисленных материалов. Наилучшими оказались армированные волокном пластики, образующие при нагреве обуглероженный поверхностный слой и очень вязкий расплав. Обычно это фенольные смолы, армированные асбестовым или графитовым волокном, или фенольные композиции, армированные ориентированным кремнеземистым волокном. [c.450]

Известно, что прочность композиций на основе эпоксидных смол может быть значительно усилена за счет их армирования волокнистыми наполнителями, например стекловолокном. [c.40]

Первоначально предполагалось использовать анализ видов разрушения в качестве введения в обзор механи- ческих свойств армированных пластиков. В процессе работы над книгой стало ясно, что предлагаемый подход открывает возможность глубокого понимания их свойств при таком подходе определяется роль компонентов в прочности композиций и удается указать на их слабые места. Поэтому анализ видов разрушения был предпочтен систематическому разбору механических свойств. Композиция, подобно цепи, обладает прочностью ее наиболее слабого звена. Поэтому в книге указаны слабые звенья армированных материалов с целью возможного их усиления . [c.17]

Представляет интерес сравнение прочности композиции и полимерного связующего. Однако величина прочности композиционного материала зависит не только от прочности компонентов, но и от вида разрушения полимерного связующего и композиции в целом. Для обеспечения оптимальных свойств армированного пластика оба компонента, арматура и полимерное связующее, должны деформироваться, совместно и разрушаться одновременно. Для предварительного сравнения можно принять, что разрушение происходит при одинаковой максимальной деформации обоих компонентов. Тогда для сравнения прочности достаточно сопоставить напряжения в полимерном связующем и в композиции при деформации разрушения. Из этих предположений ясно, что жесткость и прочность композиции возрастают с увеличением содержания армирующих волокон. [c.21]

Эти два примера подчеркивают значение растрескивания полимерного связующего, расслоения системы полимерное связующее — стекло и прочности волокон для прочности композиции из параллельно уложенных волокон. Эти явления, конечно, относятся также и к пластикам, армированным ровницей в нескольких направлениях или тканью. Однако в обоих последних случаях на разрушение влияют дополнительные факторы, обусловленные взаимодействием армирующих волокон. [c.63]

Ответ на поставленный вопрос дает сравнение распределения прочности моноволокон с распределением прочности композиции из таких же, параллельно уложенных волокон. На рис. 40 сопоставлено распределение прочности для пучка моноволокон из Е-стекла с распределением прочности композиции из эпоксидной смолы, армированной прядью волокон из того же Е-стекла. Прочность композиции при разрушении 50% армирующих волокон такая же, как и прочность пучка из отдельных [c.80]

Прочность пряди в композиции больше, чем прочность пряди из тех же волокон без полимерного связующего (рис. 41, а, б). Падение прочности на начальном участке кривых может бь ть объяснено, как показывают кривые деформирования, тем, что короткие волокна в пряди ti в композиции, армированной этой прядью, нагружены неравномерно . На рис. 41, б представлены результаты испытаний двух серий стекла Х-994 причины различия данных о прочности этих серий между собой неясны. Лучшее совпадение с расчетной зависимостью дают об разцы II серии. [c.82]

В настоящее время ведутся работы по исследованию прочности при растяжении композиций, армированных [c.84]

Влияние относительного-удлинения при разрыве полимерного связующего на прочность композиции изучено достаточно хорошо. Эксперименты над материалами из полиэфирных и эпоксидных связующих, армированных тканью или ровницей, не обнаружили возрастания прочности композиции с увеличением относительного удлинения при разрыве связующего. Другие факторы, сопровождающие это увеличение, обычно перекрывают влияние [c.114]

Для лучшего понимания роли компонентов материала в создании несущей способности композиций были проанализированы типы разрушения. Разрушение рассматривалось как прогрессирующий процесс, причиной возникновения которого являются эксплуатационные или производственные дефекты материала. Распространение дефектов происходило разными путями (всевозможные комбинации из разрушения волокон, разрушения полимерного связующего и расслоения системы полимерное связующее — стекловолокно). Вопросы влияния армирования на прочность композиции были рассмотрены с учетом распространения дефектов. [c.157]

При рассмотрении влияния технологических дефектов на прочность композиций было уделено внимание пустотам как наиболее распространенным дефектам. Выяснено, что пустоты практически не влияют на прочность армированных пластиков. [c.158]

Задача создания толстостенных корпусов из композитных материалов, подверженных действию внещнего давления, заставила по-новому взглянуть на проблему оптимизации структуры армирования. Несущую способность толстостенных оболочек с традиционной схемой армирования можно существенно повысить, если устранить недостатки, присущие намоточным стеклопластикам. К ним в первую очередь следует отнести опасность потери устойчивости волокон и последующее расслоение композита вследствие осевого нагружения арматуры тангенциальными сжимающими напряжениями опасность возникновения кольцевых трещин под действием остаточных напряжений, являющихся следствием термоупругой анизотропии и неравномерного температурного поля в процессе полимеризации связующего в толстостенных изделиях. Если добавить чувствительность к микродефектам и трещинам, имеющим тенденцию к прогрессирующему распространению, и низкую сдвиговую прочность композиции, то станет ясно, что рассчитывать на дальнейшее повышение прочности толстостенных изделий, изготовленных методом тангенциальной намотки и нагруженных внешним давлением, трудно. [c.84]

Различные исследователи разработали математический способ определения эффективности композиции пластиков, армированных стекловолокном [2, 3]. Для того чтобы проанализировать влияние геометрии волокна на прочность композиции, следует рассмотреть основную механику теории композиции. Была выведена зависимость распределения нагрузки в композиции от свойств отдельных материалов. Выводы основывались на следующих предположениях [c.170]

Здесь на основе физических соотношений (2.11), отражающих вязкоупругие свойства элементов композиции, предлагается структурный подход к построению поверхности длительной прочности для армированного материала в случав плоского напряженного состояния. [c.29]

Нитевидные кристаллы ( усы ) рассматривают как перспективный материал для армирования матриц из металлов, полимеров и керамики. Сверхвысокая прочность в широком диапазоне температур при малой плотности, химическая инертность по отношению ко многим матричным материалам, высокая жаростойкость и коррозионная стойкость нитевидных кристаллов оксидов алюминия и магния, карбида кремния делают их незаменимыми армирующими элементами. К сожалению, пока на пути их практического применения стоит много трудностей. Предстоит решить проблемы получения их в промышленном масштабе, отбора годных усов , ориентации их в матрице, методов формирования композиций с усами . [c.69]

В частности, в результате модификации эпоксидных олигомеров кардовыми полиимидами образуются сшитые полимерные системы, превосходящие по теплостойкости, прочности и другим свойствам материалы, получаемые с применением обычных отвердителей эпоксидных олигомеров. Например, успешным оказалось использование полиимид-эпоксидных композиций в качестве связующего для армированных углепластиков, прочность на сжатие которых составляет 2900-4200 кгс/см при 2 °С и сохраняется практически неизменной до 250 °С [264]. [c.137]

Упрочнение различных матриц нитевидными кристаллами может привести к созданию композитов внушительной прочности. Механические свойства армированных монокристальными волокнами композитов зависят от многих факторов, но главную роль играют механические свойства самих армирующих волокон. В действительности движущей силой всех современных исследований в области армированных монокристальными волокнами материалов является то, что нитевидные кристаллы представляют собой наиболее прочную форму из всех ставших известными разновидностей твердого тела. Технология изготовления композиций, упрочненных волокнами,, весьма сложна и сопряжена с решением ряда новых задач в области материаловедения. [c.139]

При разработке высокотемпературных композиции особо интересно насыщение пироуглеродом материалов на основе коротких углеродных волокон и пеков. Представлены некоторые характеристики такого материала (сМ рисунок). Кр 1вая прочность — объемное содержание волокна носит линейный характер. При этом предел прочности при изгибе возрастает пропорционально объемному содержанию волокон в композиции с 400 до 1000 кгс/см2, а ударная вязкость увеличивается в 3—4 раза и достигает 40—45 кгс-см/см . Хотя абсолютная величина прочности композиций, армированных короткими волокнами (длиной 2—3 мм), ниже прочности материалов, армированных однонаправленным непрерывным волокном, их можно считать весьма перспективными для изготовления деталей, работающих в условиях сложнонапряженного состояния. [c.205]

Е-стекла с очень мальши повреждениями поверхности получил Томас (см. рис. 37). Совпадение зн (чения прочности, полученной Томасом, с подсчитанной выше величиной напряжения на коротких участках волокон, окружающих разорванное волокно, по-видимому, случайно. Однако это иллюстрирует значение прочности очень коротких отрезков волокон для прочности композиционных материалов. Кроме того, как уже говорилось выше, у коротких волокон имеется тенденция к ослаблению зависимости прочности от длины. Необходимы дальнейшие иссле-, дования для установления связи между прочностью коротких волокон и возможной прочностью композиции, армированной ими. [c.82]

Разработка композиций, армированных различными волокнами высокой прочности, является одним из лучших путей резкого повышения удельной прочности конструкционных материалов. Этот вывод вытекает из анализа развития современных диснерсионноунроч-няющихся и внутреннеокисленных сплавов. Прочность композиций зависит прежде всего от способности матрицы передавать и перераспределять касательные напряжения на волокна, тогда как в сплавах роль упрочняющих дисперсных частиц сводится к эффективному торможению дислокаций. [c.333]

В работе [3] приведены при повышенных температурах сравнительные испытания на растяжение чистого серебра, серебра, упрочненного частицами АЬОз, и серебра, армированного (15% объемн.) нитевидными кристаллами сапфира. К сожалению, образцы из серебра, упрочненного сапфиром, разрушались, как правило, в захватах машины, а поэтому данные, показанные на рис. 7, не отражают истинной прочности композиции [3]. Тем не менее из графика видно, что при 350° С происходит очень сильное разупрочнение дисперсионного сплава, тогда как композиция на основе нитевидных кристаллов разупрочняется очень слабо. При почти предплавильной температуре (930° С) композиционный материал имел прочность 17 кГ1мм . Отсюда следует, что эффективность упрочнения нитевидными кристаллами с повыщением температуры возрастает. На рис. 8 приведено поперечное сечение образца, представляющего собой цилиндр диаметром 0,7 мм и длиной 25 мм. [c.342]

Влияние перерезанных волокон (по торцам образцов) на прочность хаотически армированных композиций, как показывают расчеты, невелико и составляет около 1—2%. Эксперименты также подтвер ждают, что этот фактор не оказывает существенного влияния, так как прочность увеличилась приблизительно в 1,25- [c.167]

Углерод-углеродные композиции, полученные карбонизацией эпоксиуглепластиков, обладают более высокой, но все же недостаточной прочностью [102]. Так, например, прочность композиции, получаемой из эпоксиуглепластика, армированного волокном торнель 25, составляет 30 кгс/мм , а модуль Юнга — 7-10з кгс/мм . [c.305]

Вследствие отчетливо выраженной одноразмерности армирующие волокна могут увеличить жесткость и прочность материала матрицы только в направлении армирования. Волокна могут быть расположены в нужном направлении в соответствии с внешней нагрузкой для увеличения жесткости и прочности композиции . [c.25]

Поскольку модули упругости наполнителя и матрицы сильно различаются, для обеспечения монолнтности пластика необходимы полимерные матрицы, значения предельных удлинений которых значительно превышают среднее удлинение композиционного материала при сохранении достаточных значений прочности. Особое значение имеет прочность при сдвиге, так как именно малая прочность при сдвиге между слоями является одним из основных недостатков армированных пластиков. При этом предполагается, что адгезионная прочность превосходит прочность полимера, т. е. разрущения по границе раздела ие происходит. Напряжения и деформации для квадратичной и гексагональной укладки волокон [1, 6, 22—26] являются функцией отнощения модулей наполнителя и матрицы и плотности упаковки волокон. Если считать, что полимерная матрица и наполнитель подчиняются закону Гука, то при объемной доле волокна от 0,6 до 0,75 отнощение предельных удлинений изменяется от 5 до 15 [26]. Если же учитывать нелинейное вязко-упругое поведение полимерной матрицы, то это отнощение еше больше возрастает. Увеличение предельной деформации связующего за счет снижения его модуля упругости и прочности, как это происходит при пластификации, не приводит к повышению прочности пластика, так как прн уменьшении модуля упругости матрицы ее предельное удлинение, необходимое для сохранения монолитности, возрастает. Таким образом идеальное связующее должно обладать большим удлинением при высоких значениях модуля упругости и прочности, особенно при сдвиге. В работе [22] приведен расчет показателей такого идеального связующего, наполненного ( 1 = 0,7) бесщелочным стеклом и высокомодульным стеклом ВМ-1 (табл. 8.1). Ни одно из известных эпоксидных связующих не отвечает полностьк> приведенным в таблице требованиям [22], однако они могут служить отправной точкой для сравнения различных эпоксидных композиций. [c.212]

Таким образом, несмотря на множество факторов, влияющих на прочность армированных пластиков, ясно, тао прочность композиции увеличивается приблизительно иропорционально увеличению прочности волокон. Эти данные относятся к испытаниям в условиях, при которых вредное влияние окружающей среды было исключено. Окружающая среда, в частности влага, влияющад н 1 связь стекла с полимерным связующим, разрушает целостность композиции, и армирующие волокна начинают работать так, как если бы они были свободны от полимерного связующего. Поэтому в большинстве слзшаев, когда особенно важна высокая прочность армированного материала, решающим фактором является сохранение монолитности композиции. [c.90]

Для сравнения следует отметить, что применение для тех же композиций аппретуры HTS дало прочность стекловолокна в пределах от 286 до 295 кПмм . Эти результаты говорят о том, что для композиций, армированных параллельно уложенЙ81 1и волокнами и нагруженных на растяжение в направлении армирования, связь между стекловолокном и полимерной матрицей может оказаться звеном, определяющим прочность композиции в целом. Этот вопрос будет освещен более подробно в следующем разделе. [c.116]

Лавлесс исследовал влияние жесткости связующего, его прочности и относительного удлинения при разрыве на диаграмму напряжение —деформация стеклопластиков, армированных тканью. Им изучены кривые деформирования шестислойных пластиков, армированнкх тканью 181-V12 и изготовленных на основе шести разных полиэфирных смол с широким диапазоном предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве. Данные, полученные при комнатной тем-йературе, обнаружили зависимость между прочностью связующего и прочностью композиции чем больше прочность связующего и чем меньше его относительное, удлинение при разрыве, тем выше прочность композиции. В опыте с наиболее контрастными данными связующее с пределом прочности при растяжении 2,5 кПмм дало композицию с прочностью 15 кГ/мм , а связующее с прочностью 6 кГ/мм я ао композицию с прочностью 33 кГ/мм При —40° С каждый из этих пластиков обнаружил повышенную прочность. Однако необходимо отметить, что при этой температуре прочность композиции не очень сильно зависит от свойств полимерного связующего . [c.116]

Влияние на прочность композиций двух наиболее важных параметров — содержания армирующих волокон в направлении действия растягивающих усилий и жесткости арматуры — рассмотрено в главе IV. Известны и другие факторы, существенно влияющие на прочность и стабильность свойств композиции. Ранее было показано, что разрушение, определяющее предел прочности армированных пластиков, имеет прогрессирующий характер и возникает из-за местных дефектов и концентрации напряжений в материале. Поэтому естественно рассмотреть влияние изменяемых параметров производства на возникновение критических дефектов, влияющих на свойства композиций, и на развитие этих дефектов под воздействием эксплуатационных нагрузок и условий окружающей среды. Такой подход к решению задачи может стать оснювой для оценки влияния на прочность армированных пластиков ряда факторов, прямо или косвенно связанных с производством этих материалов. [c.119]

Анализ данных 3 показывает, что в основном прочность композиции приблизительно пропорциональна числу армирующих волокон (степеш армирования). Это вызывает стремление увелн-168 [c.168]

Двухфазность структуры стеклопластиков предопределяет их поведение в процессе циклического деформирования и особенности процесса разрушения. Оценка влияния отдельных компонент структуры впервые сделаны Боллером [113], изучавшим влияние вида армирующего стеклонаполнителя и полимерной матрицы на усталостные свойства композиций. Боллер показал, что тип армирования в виде стеклоткани мало влияет на прочность композиций при переменных напряжениях, в то время как механические характеристики матрицы оказывают существенное влияние [c.280]

На рис. 25 приведены данные Боллера [ИЗ], показывающие, что при симметричном цикле растяжения—сжатия оптимальные усталостные свойства композиции на основе стеклоткани 181 и эпоксидной смолы соответствуют 60%-ному объемному содержанию стекла. Аналогично изменяются циклическая прочность при осевом сжатии (см. линии 1, 2 рис. 25 [126]). Увеличение степени армирования наиболее заметно сказывается в области малоцикловой усталости. Прочность композиции на основе волокон Е-стекла с аппретом НТ5 и смол 5со1сЬр1у-1002 и 1009 увеличивается при базе 10 циклов на 30% с увеличением содержания наполнителя на 15% [126]. [c.281]

Наиболее изученным случаем (в силу его практической значимости) является взаимодействие адгезионных соединений с водой [310], приводящее к почти полному отделению адгезива от субстрата [310-312] даже тогда, когда высокополярные растворители не оказывают влияния на прочность систем с межфазными химическими связями. Этот эффект зависит от продолжительности обработки систем водой. Соответствующую зависимость можно выразить в логарифмической форме [313]. Величина наблюдаемого эффекта в существенной мере определяется природой субстрата так, полиэтилен чувствительнее к действию воды, чем полика-проамид [314] алюминий, титан и сталь чувствительнее, чем медь [312]. Применительно к полимерам подобные закономерности Яхнин связывает с изменением надмолекулярной организации-с укрупнением глобулярных образований в процессе водопоглощения и восстановлением их первоначальных размеров после высущивания [311]. Следовательно, после удаления воды первоначальная прочность адгезионных соединений может восстанавливаться вплоть до исходной. Этот вывод находит подтверждение в системах, в которых существует сетка дисперсионных связей, например в металлополимерных соединениях, полученных с применением полиэтилена, поликапроамида [315] и сополимера бутилметакрилата с метакрило-вой кислотой [311], причем в первом случае обратимое изменение прочности проявляется при воздействии на систему с последующим удалением не только воды, но также бензола, ксилола и ацетона. Подобные эффекты недавно обнаружены для образцов полистирола, помещенных в водно-мета-нольные смеси [316]. Более того, такой эффект наблюдается в соединениях с межфазной сеткой водородных связей, например в системе металл-эпоксидный адгезив [317], или в композитном материале на основе эпоксидной композиции, армированной углеродными волокнами [318]. Прямое доказательство существования обсуждаемого эффекта получено Оуэнсом на [c.74]

Перспективное направление создания высокопрочных К.м.-армирование материалов нитевидными кристаллами ( усами ), к-рые вследствие малого диаметра практически лишены дефектов, имеющихся в более крупных кристаллах, и обладают высокой прочностью. Наиб, практич. интерес представляют кристаллы AljOj, ВеО, Si , В4С, SijN , AIN и графита диаметром 1-30 мкм и длиной 0,3-15 мм. Используют такие наполнители в виде ориентированной пряжи или изотропных слоистых материалов наподобие бумаги, картона, войлока. К. м. на основе эпоксидной матрицы и нитевидных кристаллов ThOj (30% по массе) имеют 0,6 ГПа, модуль упругости 70 ГПа. Введение в композицию нитевидных кристаллов может придавать ей необычные сочетания электрич. и магн. св-в. [c.444]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология