Велика енциклопедия на нефт и газ

Критична дължина - влакно

Съставите с дискретни еднопосочни влакна се характеризират с наличието на влакна с дължина Ако се оставят ориентирани в посока на оста на разтягане, където lc е критичната дължина на влакното, под която матрицата не е в състояние да прехвърли целия товар върху влакното; при lf/s влакното остава недостатъчно натоварено. Това се дължи на следните причини. [16]

Критичната дължина на подсилващите влакна в еднопосочна пластмаса се разбира като тяхната минимална дължина, при която напреженията на срязване на границата с матрицата, прехвърляща товара върху влакната, са достатъчни за реализиране на якостта на влакната. Извеждането на формули за изчисляване на критичната дължина на влакната се основава на една от петте теории за разпределението на надлъжните напрежения на интерфейса влакно-свързващо вещество [2, с. Четири от тях приемат, че пластмасовите компоненти са еластично деформирани, докато петият предполага, че свързващото вещество проявява пластмасови свойства. [17]

На фиг. 5 показва друг пример за разпределение на напрежението в композита. В този случай се въвежда такава физическа концепция като критичната дължина на влакното, която е основната при разработването на теории за прогнозиране на прехвърлянето на товара през интерфейса. [19]

Понятията за якост на опън на матрица и влакно am и 0B са добре известни; техните стойности са включени в поредица от изрази, например за правило за смесване. Якостта на срязване на матрицата е включена в изразите за критичната дължина на влакното, което осигурява прехвърлянето на товара от матрицата към влакното. Някои от другите параметри, въведени на фиг. 3, не са били прилагани преди и ще бъдат малко използвани в книгата поради непознаване на съответните количествени стойности. Те бяха въведени, за да се подчертае тяхното значение за развитието на цялостна теория на интерфейса в системи от трети клас. Обаче, един от тези параметри, а именно крайната якост на реакционния продукт, беше количествено определен. Metcalfe [26] посочи, че модулът на еластичност на връзката, образувана чрез взаимодействие, е различен от този на матрицата и влакното. [21]

Като втвърдители на влакна се използват високоякостни стъклени, въглеродни, борни и органични влакна, метални проводници, както и влакна и нишковидни кристали на редица карбиди, оксиди, нитриди и други съединения. Съществува концепция за критичната дължина на влакната. Ако тя е не по-малка от определена стойност (подрязване на влакна), тогава композитният материал е само малко по-нисък по здравина от състава с непрекъснати влакна. [22]

Слюдата и воластонитът имат по-добро съотношение на твърдост спрямо теглото от фибростъклото, но слюдата е много абразивна и хигроскопична, а воластонитът има ниско съотношение дължина и диаметър на влакната. Тази характеристика е много важна, тъй като определя ефективността на влакната при армирането на матрицата. Когато се превиши определена критична дължина на влакното с даден диаметър, с увеличаване на натоварването се получава разкъсване, а не удължаване на полимерната основа. [23]

Композитите с 12 об.% Са получени по метода на галванично отлагане. % мустаци, чиято специфична якост достигна 8 64 км при 523 К - Възпроизводимостта на пробите беше лоша, тъй като мустаците бяха унищожени по време на пресоването, главно поради разликата в техните размери. Освен това, при високи температури (- 1250 К), поради много слаба връзка между покритието и мустаците, якостта на композитите е спаднала до около 2 1 kg/mm2 и мустаците са изтеглени по време на разрушаването. Свойствата с ниска якост на композита се дължат на факта, че поради слабата връзка, критичната дължина на влакното, предаващо товара, значително надвишава дължината на мустаците в композита. Ниската якост на свързване се дължи на нестабилността на покритието, например дифузията на волфрамовото покритие в Ni матрицата по време на образуването на връзка. [25]

На фиг. 14, а показва диаграма на тестовата настройка и най-важните й части. Трябва да се отбележи, че тази дължина е много малка; за тази система това са само три диаметъра на влакната. Резултатите, получени при повишени температури, са показани на фиг. 14 0, от което е лесно да се определи критичната дължина на влакното. Очевидно това зависи както от температурата на изпитване, така и от свойствата на компонентите, съставляващи композита. [26]

Второ, условията на натоварване, възникващи в пробите с изтеглени влакна, въпреки очевидното сходство с условията, съществуващи в реални композити с къси влакна, не са идентични с последните. Това се дължи на факта, че по време на тестовете натоварването се прилага директно върху влакното, докато в композитите натоварването винаги се прилага през матрицата. Ако дължината на вградената част на влакното в пробата за изтегляне е много голяма, тогава тази разлика не е решаваща, тъй като дължината на вградената част е достатъчна за адекватно разпределение на товара между влакното и матрицата. В много системи с метална матрица обаче това е невъзможно поради високата якост на интерфейса, тъй като критичната дължина на влакната/cr се постига дори при малка дълбочина на вграждане. [28]

И в двата документа се предполагаше, че преносът на напрежения от матрицата през влакното е описан чрез прост модел на забавяне на срязване. Според този модел натоварването се прехвърля върху влакното само поради появата на срязващи напрежения в интерфейса влакно-матрица. Влиянието на съседните влакна, краищата на разглежданите и следващите влакна и влиянието на сложно напрегнато състояние се пренебрегват. Този прост подход (фиг. 12) позволява елементарни механични изчисления на редица важни характеристики на композитите с къси влакна. Авторите на [13, 33] показаха, че има дължина на прехвърляне на товара (минималната дължина на късо влакно, от което се зарежда до същото ниво като безкрайно дълго влакно), и разработиха съответната концепция за критичното влакно дължина. [29]

В състави с къси влакна полимерът е непрекъсната фаза. Срязващите напрежения в матрицата са максимални в краищата на влакната и постепенно намаляват до нула към средата им. Напреженията на опън във влакната са нула в краищата и постепенно се увеличават до постоянна стойност в средата на влакното. Сумата от дължините на краищата на влакната, необходими за постигане на максималните опънни напрежения в тях, често се нарича критична или неефективна дължина LKp, тъй като краищата са неефективни при съпротивлението на товара. С други думи, влакната трябва да имат дължина не по-малка от LKp, така че напрежението на опън в тях да достигне максимални стойности. Критичната дължина на влакната зависи от съотношението на еластичните модули на двете фази, якостта на свързване между фазите, якостта на срязване на матрицата и якостта на опън на влакната. [тридесет]