Performanse i analiza kompozitnih materijala od staklenih vlakana

U poređenju sa čelikom, kompozitni materijali ojačani staklenim vlaknima imaju lakši materijal i gustoću manju od jedne trećine gustoće čelika.Međutim, u smislu čvrstoće, kada napon dostigne 400MPa, čelične šipke će doživjeti napon tečenja, dok zatezna čvrstoća kompozitnih materijala od staklenih vlakana može doseći 1000-2500MPa.U poređenju sa tradicionalnim metalnim materijalima, kompozitni materijali od staklenih vlakana imaju heterogenu strukturu i očiglednu anizotropiju, sa složenijim mehanizmima kvara.Eksperimentalna i teorijska istraživanja pod različitim vrstama opterećenja mogu pružiti sveobuhvatno razumijevanje njihovih mehaničkih svojstava, posebno kada se primjenjuju u oblastima kao što su oprema nacionalne odbrane i zrakoplovstvo, što zahtijeva dubinsko istraživanje njihovih karakteristika i mehaničkih svojstava kako bi se zadovoljile njihove potrebe u okruženje korišćenja.

Sljedeće predstavlja mehanička svojstva i analizu nakon oštećenja kompozitnih materijala od staklenih vlakana, pružajući smjernice za primjenu ovog materijala.

(1) Zatezna svojstva i analiza:

Istraživanja su pokazala da mehanička svojstva kompozitnih materijala od epoksidne smole ojačane staklenim vlaknima pokazuju da je vlačna čvrstoća u paralelnom smjeru materijala mnogo veća od one u vertikalnom smjeru vlakana.Stoga, u praktičnoj upotrebi, smjer staklenih vlakana treba održavati što je moguće više u skladu sa smjerom zatezanja, u potpunosti koristeći njegova izvrsna vlačna svojstva.U poređenju sa čelikom, vlačna čvrstoća je znatno veća, ali je gustoća mnogo manja od čelika.Može se vidjeti da su sveobuhvatna mehanička svojstva kompozitnih materijala od staklenih vlakana relativno visoka.

Istraživanja su pokazala da povećanje količine staklenih vlakana dodanih termoplastičnim kompozitnim materijalima postupno povećava vlačnu čvrstoću kompozitnog materijala.Glavni razlog je taj što kako se sadržaj staklenih vlakana povećava, više staklenih vlakana u kompozitnom materijalu je izloženo vanjskim silama.Istovremeno, zbog povećanja broja staklenih vlakana, smolna matrica između staklenih vlakana postaje tanja, što je pogodnije za konstrukciju okvira ojačanih staklenim vlaknima.Stoga povećanje sadržaja staklenih vlakana uzrokuje prijenos većeg naprezanja sa smole na staklena vlakna u kompozitnim materijalima pod vanjskim opterećenjima, učinkovito poboljšavajući njihova vlačna svojstva.

Istraživanja na zateznim ispitivanjima nezasićenih poliesterskih kompozitnih materijala staklenim vlaknima pokazala su da je način loma kompozitnih materijala ojačanih staklenim vlaknima kombinovani lom vlakana i smolne matrice putem skenirajuće elektronske mikroskopije vlačne presjeke.Površina loma pokazuje da je veliki broj staklenih vlakana izvučen iz smolne matrice na zateznom dijelu, a površina staklenih vlakana izvučena iz smolne matrice je glatka i čista, sa vrlo malo fragmenata smole koji se lijepi za površinu. staklenih vlakana, učinak je krhki lom.Poboljšanjem sučelja veze između staklenih vlakana i smole, poboljšava se sposobnost ugradnje njih dvoje.Na vlačnom presjeku se može vidjeti većina fragmenata matrične smole s više vezivanja staklenih vlakana.Dalje promatranje uvećanjem pokazuje da se veliki broj matrične smole vezuje na površini ekstrahiranih staklenih vlakana i predstavlja češljasti raspored.Površina loma pokazuje duktilni lom, čime se mogu postići bolja mehanička svojstva.

(2) Performanse savijanja i analiza:

Ispitivanja zamora na savijanje u tri tačke provedena su na jednosmjernim pločama i lijevanim tijelima od smole od kompozitnih materijala od epoksidne smole ojačane staklenim vlaknima.Rezultati su pokazali da se krutost na savijanje i dalje smanjuje s povećanjem vremena zamora.Međutim, krutost na savijanje jednosmjernih ploča ojačanih staklenim vlaknima bila je mnogo veća od krutosti tijela za lijevanje, a stopa smanjenja krutosti na savijanje bila je sporija.Bilo je više vremena zamora i pukotina koje se pojavljuju tokom vremena, što ukazuje da staklena vlakna imaju poboljšani učinak na performanse savijanja matrice.

Sa uvođenjem staklenih vlakana i postupnim povećanjem volumnog udjela, u skladu s tim se povećava i čvrstoća na savijanje kompozitnih materijala.Kada je volumni udio vlakana 50%, njegova čvrstoća na savijanje je najveća, što je 21,3% više od izvorne čvrstoće.Međutim, kada je volumni udio vlakana 80%, čvrstoća na savijanje kompozitnih materijala pokazuje značajno smanjenje, što je niže od čvrstoće uzorka bez vlakana.Općenito se vjeruje da, niska čvrstoća materijala može biti posljedica unutrašnjih mikropukotina i šupljina koje blokiraju efikasan prijenos opterećenja kroz matricu na vlakna, a pod vanjskim silama, mikropukotine se brzo šire i formiraju greške, što na kraju uzrokuje oštećenja. Vezanje sučelja ovog kompozitnog materijala od staklenih vlakana uglavnom se oslanja na viskozni protok matrice od staklenih vlakana na visokim temperaturama za omotavanje vlakana, a prekomjerna staklena vlakna uvelike ometaju viskozni protok matrice, uzrokujući određeni stupanj oštećenja kontinuiteta između interfejse.

(3) Performanse otpornosti na penetraciju:

Upotreba kompozitnih materijala visoke čvrstoće ojačanih staklenim vlaknima za prednju i stražnju stranu reakcijskog oklopa ima bolju otpornost na prodiranje u usporedbi s tradicionalnim legiranim čelikom.U poređenju sa legiranim čelikom, kompozitni materijali od staklenih vlakana za prednju i stražnju stranu eksplozivnog reakcijskog oklopa imaju manje zaostale fragmente nakon detonacije, bez ikakve sposobnosti ubijanja, i mogu djelomično eliminirati sekundarni ubijajući učinak eksplozivnog reakcijskog oklopa.