Методы определения прочности углеродных волокон » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Методы определения прочности углеродных волокон

24.06.2021

Углеродные волокна среди высокопрочных материалов занимают особое положение благодаря сочетанию высокой прочности и модуля упругости с низкой плотностью и, следовательно, высокими удельными механическими характеристиками. В связи с этим необходим контроль механических характеристик УB в процессе их получения и после различных поверхностных обработок. Однако измерение механических свойств УB непростая операция в связи с малым диаметром волокна [(4—10)*10в-6 м], хрупкостью УB, особенно высокомодульных, а также необходимостью получения значительного числа экспериментальных точек из-за большой неравномерности механических свойств.

Методики изучения прочностных свойств УB можно подразделить на три группы: 1) испытание элементарного волокна; 2) пучка волокон; 3) пучка волокон, пропитанного связующим. Обычно последний способ используют при испытании на растяжение УB, используемых в углепластиках. В большинстве работ проводят испытания элементарного волокна, которое с помощью клея закрепляют в бумажную рамку и устанавливают в зажимах. Так как волокно, особенно высокомодульное, хрупкое, предъявляют жесткие требования к центровке волокна при испытании, чтобы предотвратить его разрушение в местах зажима.

Сложность определения прочностных характеристик УB вызвана также тем, что прочность зависит от наличия мельчайших дефектов различного типа, частота появления которых неодинакова. Каждому типу дефектов соответствует свое распределение прочности УB. В качестве аппроксимации функции распределения прочности УB предлагают различные функции; во многих работах используют функцию Вейбулла:

где ои, m — константы; о0 — нормализующее напряжение, равное напряжению при р = 0,368 (р — вероятность того, что не разрушится участок моноволокна, содержащий п звеньев).

Обычно используют не трехпараметрическое, а двухпараметрическое распределение Вейбулла, полагая, что ои = 0, Параметры о0 и m определяют по экспериментальным данным. При изменении зажимной длины образца параметры о0 и m могут изменяться и одно распределение Вейбулла может переходить в другое. Этот эффект связывают с наличием в УВ различных типов дефектов.

По степени влияния дефектов на прочность УВ их подразделяют на поверхностные и внутренние. Внутренние, в свою очередь, делят на три типа:

1) невыравненность макрофибрилл (частота появления f=50 мм-1); 2) обрывы макрофибрилл (f = 5 мм-1); 3) колебание диаметра элементарного волокна на 3—5 % (f = 10 мм-1). Эти дефекты ограничивают прочность волокна на малых зажимных длинах. Наличие поверхностных дефектов, которые проявляются на зажимных длинах, больших 10 мм, приводит к существенному снижению прочности.

В работе распределение прочности УВ считают нормальным, что, очевидно, справедливо в случае, когда прочность на различных зажимных длинах определяется одним типом дефектов.

В ряде работ сделано предположение, что функция распределения прочности полимодальна (рис. 2.3, а). Функция распределения модуля упругости описывается также нормальным законом, что подтверждает определяющее влияние дефектов на прочность УВ.

Многообразие видов функции распределения прочности УВ связано с многообразием видом дефектов, имеющих различную плотность распределения (рис. 2.3, б). Согласно данным, приведенным на рис. 2.3, с уменьшением зажимной длины резко сокращается число разрывов волокон, имеющих прочность менее 2,5-3,0 ГПа. Таким образом, на больших зажимных длинах на прочность волокон существенное влияние оказывают грубые дефекты (обычно поверхностные), среднее расстояние между которыми существенно выше критической длины (lc) волокна.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: