ביצועים וניתוח של חומרים מרוכבים סיבי זכוכית

בהשוואה לפלדה, לחומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי זכוכית יש חומר קל יותר וצפיפות של פחות משליש מזו של פלדה.עם זאת, במונחים של חוזק, כאשר המתח מגיע ל-400MPa, מוטות הפלדה יחוו מתח תשואה, בעוד חוזק המתיחה של חומרים מרוכבים מסיבי זכוכית יכול להגיע ל-1000-2500MPa.בהשוואה לחומרי מתכת מסורתיים, לחומרים מרוכבים של סיבי זכוכית יש מבנה הטרוגני ואנזיטרופיה ברורה, עם מנגנוני כשל מורכבים יותר.מחקר ניסיוני ותיאורטי תחת סוגים שונים של עומסים יכול לספק הבנה מקיפה של התכונות המכניות שלהם, במיוחד כאשר מיושם בתחומים כמו ציוד הגנה לאומי ותעופה וחלל, מה שמצריך מחקר מעמיק על המאפיינים והמאפיינים המכניים שלהם כדי לענות על צורכיהם בתחום. סביבת שימוש.

להלן מציגים את המאפיינים המכניים וניתוח לאחר הנזק של חומרים מרוכבים מסיבי זכוכית, ומספקים הדרכה ליישום של חומר זה.

(1) מאפייני מתיחה וניתוח:

מחקרים הראו כי התכונות המכניות של חומרים מרוכבים שרף אפוקסי מחוזקים בסיבי זכוכית מראים כי חוזק המתיחה בכיוון המקביל של החומר גדול בהרבה מזה בכיוון האנכי של הסיב.לכן, בשימוש מעשי, יש לשמור על כיוון סיבי הזכוכית בקנה אחד ככל האפשר עם כיוון המתיחה, תוך ניצול מלא של תכונות המתיחה המצוינות שלו.בהשוואה לפלדה, חוזק המתיחה גבוה משמעותית, אך הצפיפות נמוכה בהרבה מזו של הפלדה.ניתן לראות כי התכונות המכניות המקיפות של חומרים מרוכבים מסיבי זכוכית גבוהים יחסית.

מחקרים הראו כי הגדלת כמות סיבי הזכוכית המוספים לחומרים מרוכבים תרמופלסטיים מגבירה בהדרגה את חוזק המתיחה של החומר המרוכב.הסיבה העיקרית היא שככל שתכולת סיבי הזכוכית עולה, יותר סיבי זכוכית בחומר המרוכב נתונים לכוחות חיצוניים.יחד עם זאת, עקב העלייה במספר סיבי הזכוכית, מטריצת השרף בין סיבי הזכוכית נעשית דקה יותר, דבר המתאים יותר לבניית מסגרות מחוזקות בסיבי זכוכית.לכן, העלייה בתכולת סיבי הזכוכית גורמת להעברת מתח רב יותר מהשרף לסיבי הזכוכית בחומרים מרוכבים תחת עומסים חיצוניים, מה שמשפר למעשה את תכונות המתיחה שלהם.

מחקר על בדיקות מתיחה של חומרים מרוכבים פוליאסטר בלתי רוויים בסיבי זכוכית הראה שמצב הכשל של חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי זכוכית הוא כשל בשילוב של סיבים ומטריצת שרף באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת של קטע המתיחה.משטח השבר מראה שמספר רב של סיבי זכוכית נשלפים מתוך מטריצת השרף במקטע המתיחה, ומשטח סיבי הזכוכית שנשלפים ממטריצת השרף חלקים ונקיים, עם מעט מאוד שברי שרף נצמדים למשטח של סיבי הזכוכית, הביצועים הם שבר שביר.על ידי שיפור ממשק החיבור בין סיבי זכוכית לשרף, משופרת יכולת ההטמעה של השניים.בקטע המתיחה, ניתן לראות את רוב שברי השרף המטריצת עם יותר מליטה של ​​סיבי זכוכית.תצפית הגדלה נוספת מראה שמספר רב של שרף מטריצה ​​נקשר על פני השטח של סיבי הזכוכית שחולצו ומציג סידור דמוי מסרק.משטח השבר מראה שבר רקיע, שיכול להשיג תכונות מכניות טובות יותר.

(2) ביצועי כיפוף וניתוח:

בדיקות עייפות בכיפוף שלוש נקודות נערכו על צלחות חד-כיווניות וגופי יציקת שרף של חומרים מרוכבים שרף אפוקסי מחוזקים בסיבי זכוכית.התוצאות הראו כי קשיחות הכיפוף של השניים המשיכה לרדת עם עליית זמני העייפות.עם זאת, קשיחות הכיפוף של לוחות חד-כיווניים מחוזקים בסיבי זכוכית הייתה גבוהה בהרבה מזו של גופי יציקה, וקצב הירידה של קשיחות הכיפוף היה איטי יותר.היו יותר זמני עייפות של סדקים שהופיעו לאורך זמן, מה שמצביע על כך שלסיבי זכוכית יש השפעה משופרת על ביצועי הכיפוף של המטריצה.

עם הכנסת סיבי זכוכית והעלייה ההדרגתית בשבר הנפח, גם חוזק הכיפוף של חומרים מרוכבים עולה בהתאם.כאשר חלק נפח הסיבים הוא 50%, חוזק הכיפוף שלו הוא הגבוה ביותר, שהוא גבוה ב-21.3% מהחוזק המקורי.עם זאת, כאשר חלק נפח הסיבים הוא 80%, חוזק הכיפוף של חומרים מרוכבים מראה ירידה משמעותית, הנמוכה מחוזק המדגם ללא סיבים.נהוג להאמין כי החוזק הנמוך של החומר עשוי לנבוע ממיקרו סדקים וחללים פנימיים החוסמים את ההעברה האפקטיבית של העומס דרך המטריצה ​​אל הסיבים, ותחת כוחות חיצוניים, מיקרו סדקים מתרחבים במהירות ויוצרים תקלות, ובסופו של דבר גורמים נזק. חיבור ממשק של חומר מרוכב סיבי זכוכית זה מסתמך בעיקר על הזרימה הצמיגה של מטריצת סיבי הזכוכית בטמפרטורות גבוהות כדי לעטוף את הסיבים, וסיבי זכוכית מוגזמים מעכבים מאוד את הזרימה הצמיגית של המטריצה, וגורמים לרמה מסוימת של נזק להמשכיות בין הממשקים.

(3) ביצועי התנגדות חדירה:

השימוש בחומרים מרוכבים בעלי חוזק גבוה בסיבי זכוכית עבור הפנים והגב של שריון התגובה יש עמידות חדירה טובה יותר בהשוואה לפלדת סגסוגת מסורתית.בהשוואה לפלדת סגסוגת, לחומרים מרוכבים של סיבי זכוכית לפנים ולגב של שריון תגובה נפץ יש שברי שאריות קטנים יותר לאחר הפיצוץ, ללא יכולת הרג, ויכולים לבטל חלקית את אפקט ההרג המשני של שריון תגובה נפץ.