Критическая длина волокон

Волны типа НЕ т имеют две отличительные особенности. Во-первых, это единственные волны, которые дают свет в центре волокна и поэтому имеют направленный вперед лепесток в диаграмме излучения. Во-вторых, первая волна в последовательности этих волн НЕц является единственной, которая не имеет критической длины, т. е. ее критический параметр равен нулю, и волна может распространяться при любой длине волны. [c.200]

Критической длиной короткого волокна называется такая длина которая необходима для достижения напряжения, равного 97% от напряже- [c.334]

Рис. 2.35. Схема изменения растягивающего напряжения в коротком волокне при различной длине волокна О — напряжение при разрыве волокна, 1с — критическая длина волокна). Стрелкой указано увеличение длины волокна.

Известно, что система модификаторов адгезии, состоящая из резорцина, уротропина и высокодисперсной гидроокиси кремния, обеспечивает высокую прочность связи эластомера с химическими волокнами. Влияние системы модификаторов на механические свойства резин зависит не только от природы волокон, но и от фактора их формы. Это объясняют следующим. Прочность композиции пропорциональна фактору формы волокон. Если волокна очень длинные, суммарная поверхность контакта их с резиновой смесью весьма велика. Таким образом, волокна, длина и фактор формы которых выше критической, оказывают усиливающее действие на эластомер. Таково поведение полиамидных волокон в композициях. Существуют различные способы изготовления эластомерных композиций, наполненных волокнами смешение волокон с эластомерами в виде твердой фазы, жидкого каучука, водной дисперсии или раствора эластомера в органическом растворителе. Однако в производстве резиновых технических изделий жидкие композиции не получили широкого распространения. В основном изготовление и переработку резиновых смесей, содержащих волокнистые наполнители, ведут на обычном оборудовании резиновой промышленности — на вальцах, в резиносмесителях и экструдерах. [c.181]

Потенциальными наполнителями, опробованными в РИФ-процессе, являются сульфат бария, технический углерод, слюда, волластонит, углеродные и органические волокна и др. [233]. Слюда и волластонит имеют лучшее соотношение жесткости и массы, чем стекловолокно, однако слюда очень абразивна и гигроскопична, а у волластонита низкое отношение длины волокна к диаметру. Эта характеристика является очень важной, так как она определяет эффективность волокна при усилении матрицы. При превышении определенной критической длины волокна данного диаметра с увеличением нагрузки происходит разрыв, а не удлинение полимерной основы. Ниже приведены свойства армированного полиуретана, содержащего разные [c.158]

Рассмотрим влияние LJL на характер разрушения композиционных материалов. В случае (L JL) 1 волокна на большей части своей длины нагружены до максимального апа-чеиия. Тогда если одно из волокон порвется и способность пластической матрицы к деформационному упрочнению ограничена, то остальные нити в этом сечении будут немедленно перегружены и также разрушатся. Образец будет иметь плоский излом по всему сечению и, как всякий хрупкий разрыв, небольшую работу разрушения (рис. 4, с). С другой стороны, если Le = то эпюра напряжений имеет максимум в центре. После разрушения хотя бы одного волокна перераспределение напряжений вызовет перегрузку в центре соседних с разрушенным волокнах, и они будут разрываться в этих местах. Подобное разрушение композиции аналогично разрушению поликристаллического пластичного материала (рис. 4,6). В том случае, когда длина волокон меньше критической, композиционный материал разрушается в результате вырывания волокон из матрицы, а не их разрыва. Это происходит вследствие недостаточного сцепления или среза прилегающих слоев матрицы (рис. 4, в). [c.337]

Если волокно будет выдергиваться из матрицы растягивающей нагрузкой, незначительно меньшей разрывного усилия, то х должно быть равно половине критической длины волокна /с/2, так как при этом учитывается только один конец волокна, и критическое характеристическое отношение волокна 1с](1 равно [c.89]

Реализация свойств углеродного волокна в пластиках зависит от ряда факторов. Элементарные волоконца в композите должны иметь длину, превышающую ее критическое значение примерно в 10 раз [6]. Критическая длина волокна определяется из уравнения [c.317]

Изменения химической структуры по длине волокна и поперечного сечения сказываются в расширении области перехода от кристаллического к аморфному состоянию. Первичный эффект изменения химической структуры, например в случае сополимеров, проявляется в изменении температуры плавления при заданной силе. Поскольку изменения в поперечном сечении влияют на напряжение, которое определяет равновесие, то в разных сечениях установятся различные критические напряжения. Следовательно, для гомогенной системы возможен переход при постоянных давлении и температуре, но в конечном диапазоне растягивающей силы. В гомогенном по сечению волокне этот диапазон переходит в точку, соответствующую равновесной силе. [c.184]

При увеличении частоты число циклов до разрушения несколько уменьшается, при этом эффект тем больше, чем меньше уровень напряжения эффект выражен сильнее в изотропном материале. Было предположено, что повышенная температура понижает модуль упругости, что, в свою очередь, увеличивает неэффективную длину волокна и, таким образом, снижает способность материала противостоять напряжениям. В другом исследовании [170] была подчеркнута критическая роль гистерезисного разогрева, обусловливающего разрушение как ненаполненных, так и наполненных стеклянным волокном полимеров. Кроме того, было найдено, что хорошая связь матрицы с волокном благоприятствует увеличению усталостной прочности. [c.366]

Стойкость композиционных материалов к разрушению определяется большим числом факторов и существует множество предположений, какой из вероятных микромеханических механизмов разрушения вносит основной вклад в работу разрушения. Более подробное обсуждение этого вопроса будет проведено при анализе работы разрушения материалов с непрерывными волокнами, а здесь изложены некоторые общие представления. В композиционных материалах на основе хрупкой матрицы (отвержденные эпоксидные или полиэфирные смолы) и хрупких волокон (стеклянных, углеродных или борных) поверхностная энергия разрушения волокон равна примерно 5 Дж/м , матрицы — не более 500 Дж/м а материала в целом при хорошем его качестве и высокой степени ориентации — около 200-10 Дж/м и даже выше. Предполагается два основных механизма поглощения энергии при разрушении таких материалов — на преодоление трения волокон относительно матрицы при их извлечении из нее или на упругий отрыв волокон от матрицы [65]. В композициях с короткими волокнами более важную роль играет первый механизм, так как концы большинства волокон должны быть ближе к поверхности трещины, чем половина критической длины и, следовательно, эти концы будут извлекаться из матрицы при распространении трещины. При этом работа по преодолению трения волокон относительно матрицы при их извлечении дает основной вклад в измеренную энергию разрушения материала. Купер [66] показал, что максимальная энергия разрушения композиций с короткими волок- [c.100]

Таким образом, критический угол зависит от отношения R2/R и не зависит от длины волокна. По теореме Лагранжа — Гельм- [c.106]

Хотя совпадение удовлетворительное, оно все же менее точно, чем измерения критических длин волн. Это несоответствие может быть частично объяснено изменениями значений показателей преломления 1 и 2 волокон в процессе изготовления волокна по сравнению с их значениями для массивных стекол. Критические параметры вычисляли, основываясь на предположении, что на границе между жилой и оболочкой происходит резкое изменение показателя преломления. Однако возможно, что на границе [c.208]

После того как длина цепи макромолекулы достигнет величины, при которой суммарная энергия межмолекулярного взаимодействия с соседними молекулами, определяющая силу, необходимую для сдвига молекул, превысит величину энергии, необходимую для разрыва отдельной цепи, дальнейшее увеличение длины молекулярных цепей не будет приводить к увеличению прочности волокна. Существует мнение о том, что прочность волокна возрастает при увеличении длины цепей полимера. Это положение, как мы видели, справедливо лишь до тех пор, пока не будет достигнута определенная критическая длина макромолекулы . [c.53]

Прочность границы может бьггь как выше, так и ниже прочности матрицы. Часть свойств композиционных материалов определяется прочностью границы раздела на отрыв (поперечная прочность, прочность на сжатие, вязкость), часть - прочностью границы на сдвиг (продольная прочность при растяжении композита, армированного корот-КИ.МИ волокнами, критическая длина волокна и др ). [c.75]

Для композшдаонного материала с полимерной матрицей критическая длина волокна по экспериментальным данным составляет обычно не менее 50 его диаметров. По мере уменьшения длины волокон эффективность упрочнения падает до тех пор, пока длина волокон не станет меньше критической и разрушение будет контролироваться вьи-ягиванием волокон. [c.87]

Следует отметить, что механические и химические воздействия на различных этапах изготовления наполнителя, естественно, иводят к разрушению промышленных волокон, появлению поверхностных дефектов и снижению прочности моноволокон до уровня 220 кгс/мм и даже ниже. Однако в подавляющем большинстве случаев расстояние между дефектами больше критической длины волокна, необходимой для включения его в работу [74]. Сопоставляя значения реализуемой прочности пластиков, содержащих наполнители различной формы, можно оценить степень рав-нонапряженности волокон. Например, в пластике на основе жгута же 24/10 степень равнонапряженности волокон на 18% меньше, чем в пластике на основе первичной стеклонити (см. табл. IV.7). [c.142]

Для передачи напряжения тми- в нального) 140 кГ/мм необходимо, чтобы критическая длина волокна была порядка 400 диаметров волокон, для 350 кГ/мм — lOOOd. [c.179]

В случае коротких волокон прочность композиции, очевидно, должна зависеть от длины упрочняющего волокна. Для оценки вклада прочности индивидуального волокна в прочность композиции следует рассмотреть два параметра критическое отношение Гс1йеол и переходную длину L /L. Первый параметр связан с длиной волокна (при данном йвол), которая необходима для достижения максимального значения растягивающего напряжения, равного напряжению на бесконечно длинном волокне, а второй — со средним напряжением вол- На рис. 2 показано влияние длины волокна L на С ол- По мере возрастания длины волокна (L1волокна непрерывно увеличивается до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение а о при L = L . При L> L значение остается постоянным на большей части длины волокна, хотя среднее напряжение продолжает увеличиваться < тлС < воль)- Можно просто найти связь между [c.335]

При конструировании однонаправленных композиционных пластиков, растягиваемых вдоль волокон, необходимым условием максимального использования механических свойств наполнителя является условие 1 1кр, т. е. фактическая длина волокон в композиции должна быть не меньше критической длины /кр. Под критической длиной армирующих волокон в однонаправленном пластике понимают их минимальную длину, при которой касательные напряжения на границе раздела с матрицей, передающей нагрузку на волокна, достаточны для реализации прочности волокон. Вывод формул для расчета критической длины волокон базируется на одной из пяти теорий распределения продольных напряжений на границе раздела волокно — связующее [2, с. 75]. В четырех из них предполагается, что компоненты пластика деформируются упруго, а в пятой — что связующее проявляет пластические свойства. [c.22]

При освещении поляризованным светом картина является плоско поляризованной. Для волокна идеально круглой формы не существует предпочтительного направления. Если волокно имеет ЭJf липтическое сечение, двойное вырождение этого типа колебаний устраняется, и колебание, плоскость поляризации которого параллельна большой оси эллипса, распространяется со скоростью, отличающейся от скорости распространения колебания, поляризованного в направлении малой его оси. Это приводит к образованию картины двойного лучепреломления, которая в опыте с эллиптическим волокном аналогична картине, создаваемой пластиной толщиной в полволны. В тонких волокнах с диаметром жилы 0,1 мкм эти типы волн не имели критической длины. [c.203]

На раннем этапе развития волоконной оптики, когда диаметры вырабатываемых волокон во много раз превыщали длину волны света, для описания оптических характеристик волокон использовались представления геометрической оптики -2. При этом допускалось, что лучи, проходящие по жиле волокна с показателем преломления ni и с оболочкой из стекла с показателем преломления П2 < П], претерпевают полное внутреннее отражение на поверхности раздела жила — оболочка, если их углы падения на эту поверхность превышают критический угол 0с = ar sin пг пи и что энергия этих лучей распространяется по всей длине волокна. Потери энергии, вызываемые несовершенствами поверхности раздела жила — оболочка и поглощением в материале жилы волокна, определяются соответствующими величинами рассеивания и поглощения. Кроме того, для определения потерь от нарушения полного внутреннего отражения были введены элементы физической оптики — проникновение поля в оболочку и возникающие в результате этого потери энергии, просачивающейся в соседние плотно уложенные волокна. Эти потери определялись по формулам Френеля, справедливым для плоских волн, -падающих на полностью отражающий плоскопараллельный слой, разделяющий две среды, первая из которых характеризуется более высоким показателем преломления. Таким образом, они справедливы с такой же степенью точности, с какой поверхность раздела жила — оболочка [c.209]

Предположение о разрушении волокнистого материала при достижении разрушающей деформации в отдельных волокнах следует рассматривать в статистическом смысле, так как для пучка волокон разрушающая деформация не является величиной детерминированной. На основании статистических характеристик прочности армирующих волокон может быть описано разрушение армированного пластика при растягивающей нагрузке путем последовательного дробления волокон до образования волокон критической длины, не способных прередавать нормальные напряжения вследствие сдвигового разрушения матрицы. [c.204]

Согласно теории Буше—Халпина [69], разрушение эластомеров определяется ограниченной вязкоупругой растяжимостью каучукоподобных нитей. Авторы данной концепции предполагают, что большая часть волокон на вершине растущей трещины натянута до своего критического удлинения Кс,- Образец разрушается при большей деформации Хь, когда <7 волокон разорвутся за время Величины кь и Кс связаны через ползучесть материала и коэффициент концентрации напряжений. Предложенная теория позволяет рассчитать удлинение при разрыве кь, если известна ползучесть. При этом не учитывается зависимость концентрации напряжения от длины растущей трещины или уменьшения долговечности одного волокна в процессе ползучести образца. Предполагается, что все волокна придется вытянуть от практически нулевого удлинения до Кс-В первую очередь это удлинение будет влиять на численные значения д, которые можно рассчитать путем построения экспериментальных поверхностей ослабления материала. Группа из д волокон при статистическом развитии событий, когда разрушение одного из них может повлечь за собой полное разрушение последующего, определяется средней долговечностью < ь>, равной и распределением Пуассона для (ь. [c.91]

Схема соответствующих опытов изображена на рис. XVI. 9, а сущность происходящих процессов понятна из разд. XVI. 1. Фиброин растворялся в смешанном растворителе и из раствора стеклянной палочкой вытягивали струйку и наносили ее конец на вращающийся барабан. Возникает типичная стационарная диссипативная структура регулируя частоту вращения барабана и длину струи, можно обеспечить стационарность продольного течения. Но по достижении критического градиента скорости макромолекулы разворачиваются до критических значений р, система в целом претерпевает бифуркацию, и происходит динамический фазовый переход струя — волокно (рис. XVI. 10), сопровождающийся кристаллизацией фиброина. В сухом виде при этом образуются фибриллы типа Стэттона, но без пучностей, ибо каждая молекула фиброина состоит из 18 аминокислот, которые распределены по двум типам блоков кристаллизующемуся в р-форме и некристаллизующемуся, обеспечивающему гибкость нитей. [c.382]

Волокна с трещинами разрушаются уже при малых нагрузках. При разрыве волокна в связующем образуется линзообразная трещина, которая распространяется перпендикулярно к волокну до соседних волокон. На концах оборванного волокна возникает область значительных сдвиговых усилий, которые могут привести к нарушению адгезии вдоль волокна на некоторую длину. Эти сдвиговые усилия передают нагрузку на соседние волокна, что приводит к ускорению их разрушения. При длительном механическом нагружении пластиков происходит постепенное накопление подобных дефектов, и при их критической концентрации пластик разрушается. Область действия перенапряжений и их значение зависят от механических характеристик связующего и его адгезии к волокнам. После достижения трещиной соседних волокон ее дальнейшее распространение связано с нарушением адгезии на их поверхности [26]. Нагрузки при распространении трещин накладываются на существовавшие ранее поля внутренних напряжений, облегчающих нарушение адгезии и развитие трещин. При микроскопическом исследовании нагруженных пластиков, особенно однонаправленных, хорошо заметно появление волокон с нарушенной адгезией. Для локализации трещин также необходимы высокая сдвиговая прочность связующего и его адгезия к волокну и достаточно высокие значения удлинения. [c.215]

К материалам, привлекшим к себе внимание лишь в недавнее время, не в последнюю очередь относится асбест, поскольку его волокна при достаточно интенсивном и длительном воздействии определенно вызывают развитие рака. В связи с этим разрабатываются различные меры для уменьшения загрязнения среды этим материалом. Недавно, однако, выяснилось, что канцерогенное действие волокон асбеста связано не с материалом как таковым, а с длиной его волокон. По-видимому, только волокна длиной от 5 до 250 мкм и диаметром менее 3 мкм (а в особенности менее 1 мкм) способны проникать в легкие и оказывать там вредное воздействие (Тгипко, 1979). Более крупные волокна не проникают в легкие, а более короткие выводятся лимфатической системой. В отличие от этого волокна критических размеров не полностью проникают в ткань легких, и клеточные мембраны подвергаются здесь хроническому повреждению, что приводит к постоянной нехватке ферментов. Эта нехватка компенсируется усилением процессов гликолиза. Постоянный конфликт клетки с волокном становится причиной хронического раздражения и приводит к возникновению опухолей. Особенно часто развиваются опухоли плевры и брюшины. [c.161]

Исключительно большое значение фосфор имеет в первый период развития льна. Недостаток фосфора в пернод от всходов до образования 5—6 пар листьев резко снижает урожай соломки и семян. Обеспечение льна фосфором в дальнейшем не исправляет положения. Фосфорное голодание в носледую-шие периоды также отрицательно влияет на развитие льна, хотя менее резко, чем в начальный период. Критический период в питании льна фосфором — от начала роста растений до образования 5—6 пар листьев. Фосфорные удобрения повышают урожай льна и улучшают его качество, увеличивая длину, прочность и выход волокна. [c.470]

Известно [15, с. 13], что прочность пластиков, армированных волокнами, длина которых превышает критическую, не меньше, чем прочность материалов, наполненных непрерывными волокнами. Учитывать величину /кр, различную для каждой пары волокно — связующее, необходимо и при использовании непрерывных волокон, если рассматривать [14, с. 54] эти волокна как цепи, состоящие из отдельных звеньев, длина которых равна статистически определяемому расстоянию между локальными дефектами волокон. Наличие таких дефектов (трещин, изломов) подтверждается падением прочности волокон с увеличением их длины. Для хрупких волокон зависимость прочности от длины носит характер монотонно убывающей функции. Следовательно, механические свойства однонаправленных пластиков могут быть стабильными только в том случае, если расстояние / между дефектами волокон удовлетворяет выше приведенному условию / /кр. [c.22]

Силы поверхностного натяжения оказывают влияние на округление профиля волокна, вытягиваемого из отверстий некруглого сечения, на образование полых волокон, выдавливаемых из щелевых отверстий с незамкнутым профилем и т. д. Особенно велика роль сил поверхностного натяжения при формовании во-локой некруглого профиля по мокрому методу, например ленточного волокна. Так, если отношение длины щели фильеры к ширине не соответствует критической величине, то плоская струя превращается в круглую. [c.11]

Если фхт, то возможны упругие или пластические ограничения поперечному сжатию и, следовательно, возможно возникновение объемно-напряженного состояния материала, обусловливающего повышение его прочности по сравнению с расчетной формулой (2.7), которая с этой точки зрения может рассматриваться как нижний предел. Эти эффекты обычно очень малы и формула простого правила смеси дает неплохое приближение для расчета прочности однонаправленного волокнистого композиционного материала. Так как эта формула выведена из условия однородного поля напряжений вдоль волокон, она должна быть модифицирована для расчетов прочности композиций с короткими волокнами для двух предельных случаев. В первом случае волокна имеют длину больше критической и могут быть нагружены до разрушения. При разрушении, однако, среднее напряжение в волокне Of меньше, чем 0/. Истинное значение о/ зависит от точной картины распределения напряжений на концах волокон. Если предположить, что растягивающее напряжение в волокне возрастает от конца волокна по линейной зависимости (рис. 2.35), то среднее эффективное разрушающее напряжение для волокна можно рассчитать по формуле [c.92]

Во втором случае длина ориентированных волокон меньше критической. Эти условия на практике соблюдаются реже, если только волокна не повреждены каким-либо образом, так как потери прочности здесь весьма значительны. Очевидно, что особенно неэффективно использовать столь короткими дорогие волокна. Если К1с, то максимальное напряжение в волокне равно 2хг1 (1 [см. уравнение (2.6)], а поскольку эффективное напряжение равно половине максимального, то прочность композиции иного материала при растяжении будет равна [c.92]

Одной из трудностей, связанных с переработкой термопластов, наполненных короткими волокнами, литьем под давлением или экструзией является сильное повреждение волокон, поэтому простые предположения, которые делались при выводе формул (2.7) и (2.8), становятся некорректными. В работе [62] показано, что в таких материалах Ихмеется спектр длин волокон. На основе математической модели, в которой вклады в прочность композиционного материала волокон с длиной выше или ниже критической суммируются отдельно по эффективному интервалу длин, получена формула [c.96]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология