фудзи (Фудзи Т., Дзако М., 1982 - Механика разрушения композитных материалов), страница 2

Если рассматривать развитие материалов с исторической тачки зрения, можно прийти к выводу, что таким материалам, как камень, дерево, медь, медные сплавы, железо, сталь„ легкие металлы и т. д., в разные периоды деятельности человечества уделялось различное внимание. Следует отметить, что среди этих материалов были и такие, которые можно отнести к композиционным. Человек использовал композициан. ные материалы еще в древние времена Так, в древнем Египте строили глинобитные жилища, упрочненные соломой, а израильтяне использовали солому для упрачнения кирпича. Известно, что в Японии в период Нара в у'111 в.

изготавливали статуэтки Будды из сухого лака пропитыванием полотна лаком. Помимо этого изготавлнвалн также скульптурные изображения из глины, в которую подмешивали слюду. Во всех указанных случанх удавалось получить материалы с более высокими, чем у взятых в отдельности исходных материалов, характеристиками. В настоящее время требования, предъявляемые к свойствам материалов, стали крайне разнообразнь«мп ввиду того, что условия эксплуатации материалов стали более жесткими и сложными. В качестве примера можно указать следующие свойства, которые могут потребоваться от материала: прочность, жесткость, каррозионная стойкость, износостойкость, легкий вес, долговечность, термостойкость, теплопроводность, эвуконепроницаемость, красивый внешний вид и т.

д. Вполне естественно, что, используя простые материалы, очень трудно удовлетворить в достаточной степени указанным выц«е ГЛАВА б НОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ требованиям. Именно поэтому возникли идеи нсполгбэавишя соответствующих сочетаний материалов, позволяющих выручить заданные свойства. 1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Какие же материалы являются компознционнымц. бмш композитамиу Для ответа на этот вопрос можно воспользоваться следующим определением. Под композитами следует понимать материалы, сбргтбрпщие из двух н более разнородных материалов и обладавицце свойствами, которых не имели исходные материалы. !Нблсе конкретно можно считать, что композит является сочетанием по крайней мере двух различных химических веществ, и котором можно установить отчетливые границы, отделякбшие исходцыс материалы. В строении композита обычна выделяют наполнитель (дпсперсную фазу) и связующее (матрицу).

Определяющее влияние на свойства композита оказывает наполнитель, распределенный в связующем. В зависимости ат наполнителя можно выделить два вида компознтон (см. рис. 1.1): 1) композиты с дисперсными частицами; 2) волокнистые композиты. Для валокшшгых компазнтов можно провести более мелкую классифт1кацибт> в зависимости от того, дискретны или непрерывны волокна, а также от их ориентапии. Тогда можно выделить 1) однонаправленные композиты с непрерывными волокнами; 2) композиты с дискретными волокнами; ' 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Таблица 1.1 Сочетвнни материалов в хомпознтвх Матричная Ернии !обязующее) ,цисперсния Фтми (нипояиитени1 Ниименонииие номноиити Кзучух Частицы, порошок Каучук, армированный чистицзми (Рйй) Квучутц ермировзнный волониом (РЯИ) Плестмнссв, зрмировеннзя волокном (РИР) Метелл, врмнровенный волонном (РИМ) Метнлл„зрмировнииый чз.

ствцзмй (РКЛЧ Керамика, зрмнровнииеи волокном (Р)(С) Плзстмессз Волокна Непрерывные Дискретные Металл Керзмнни Чешуйки Обозначим некоторую физическую величину композита через у и положим, что существуют переменные хь хь .... В общем случае можно записать У=1(х1, хз, хз, ...). 3) композиты с непрерывными волокнами, ориентированными во многих направлениях. На практике часто используются слоистые композиты, которые представляют собой набор соединенных между собой слоев из однонаправленных композитов. В табл.1.! приведены сочетания исходных материалов, из которых образуются композиты, и даны наименования для соответствующих композитов. В данной книге предпринята попытка описать свойства ряда композитов.

(1.2) у = сбх, + сехз + ...„ 2 б ! ! бб ЯЯЯб!) б 3 Рис 1дп Резличные иомпозитыб 1 — иомпозит с лнсперсными честнцнми: 2 — волокнистые хомлознты: 2а — номпозит, врмировеииый коротиими волокнами, 2б — композит, ермировеиный непрерывнымн волоинемн, 2з — иомпозет, армированный волоиинми во многих ие.

прзвлеииях 8 — слоистый номпозит. Если ввести допущения о линейной аддитивности, указанну1о физическую величину можне представить в виде где х1, хе, ... представляют собой объемные содержания исходных материалов, сь сз, ...— физические величины этих материалов. Часто при определении веса, модуля упругости, предела прочности и других параметров пользуются свойством линейной аддитивности. Однако следует иметь в виду, что в действительности все оказывается ие так просто, поскольку могут возникать сложные взаимодействия исходных материалов.

10 г.з, типы хомпозитРВ 1.3. ТИПЫ КОМПОЗИТОВ ГВАВА г' комГюзиционные матагиьлы Рис, 1.2. Изменении удельной проч. ности и!р материалов. происгаедшис с 1000 гл 1 — сталь; У-алюминий; 8 — стекла — смола; 4 — тигзв; Б — композиты, армированные гголокггами: бор — смола, углерод- смола 1ЗчО 0160 1000 Рис. 1.3, Сопоставление удельных прочностей а!р в удельных модулей упругости Еур различных материалов: 1 — сталь, титан; У вЂ” стекло $— смола; 8 — бор — смола; з — ут ле род — смоле.

и1 еь ь ю 20 90 9050 Е~р,10з см Таило Ч 200 ь 100 0 гг З 12 16 20 с1гг мам из рьь На рис. 1.2 приведены для нескольких материалов кривые изменения за последние 75 лет удельной прочности, представляющей собой отношение предела прочности к удельному весу ~1.Ц. Можно считать, что и настоящее время у таких материалов, как сталь„алюминий, титан н др., повышение удельной прочности находятся в стадии насыщения. Создание композитов, основанных на использовании стекловолокна, 'борволокна, углеродного волокна и т.

д., позволяет получить такие удельные прочности, которые в значительной степени превосходят удельные прочности укззанных выше материалов. Следует отметить, что для композитов характерна тенденция к дальнейшему повышению удельной прочности. На рис. 1.3 показаны соотношения между удельной прочностью и удельным модулем упругости для различных материалов. Из приведенных данных можно видеть, что область расположения композитов значительно удалена от начала координат в сравнении с обычными материалами.

Это свидетельствует о лучших механических характеристиках композитов. Уже говорилось, что композиты можно разделить на волокнистые и материалы с дисперсными частицами. В табл.!.2 приведено сопоставление этих матералов по различным показателям 11.2]. 1.3.1. Композиты, армированные волокном Среди волокнистых иомпозитов широкое распространение получили пластмассы„армированные стекловолокном. С уменьшением диаметра стекловолокна уменьшается вероятность появления внутренних дефектов.

При этом размеры дефектов также уменьшаются. В результате повышается прочность волокна. Например, стеклянная пластина имеет предел прочности при растяжении, состанляющий примерно 7 кгс/ммз. У тонкого же стекловолокна предел прочности при растяжении может составлять 230 — 500 кгс/мм . В табл. !.3 приводятся различные типы стекловолокна н сопоставляются их свойства. Стекло Е представляет собой бесщелочное алюминоборосиликатное стекло, которое обладает хорошими электроизоляцнонными свойствами н тепло- стойкостью.

Это стекло широко нспользуетсн в различных конструкциях. Стекло С вЂ” стекло с повышенной химической стойкостью. Стекло 3 — теплостойкое высокопрочное стекло. Известиовонатриевым, или щелочйгым, стеклом является стекло А, которое хорошо противостоит действию реактивов. На рнс. 1.4 показана зависимость предела прочности от диаметра прн растяжении стекловолокна. Сплошные линии, приведенные на рисунке, соответствуют результатам Томаса (1.3~ н Гриффитса 11.4!. Результаты Томаса свидетельствуют о том, что, если в процессе изготовления и испытаний не Рис. 1А Зависимость предела прочности на растяжение от диаметра стекловолокна.