عملکرد و تجزیه و تحلیل مواد کامپوزیت الیاف شیشه

در مقایسه با فولاد، مواد کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف شیشه، مواد سبک‌تر و چگالی کمتر از یک سوم فولاد دارند.با این حال، از نظر استحکام، زمانی که تنش به 400 مگاپاسکال می رسد، میله های فولادی تنش تسلیم را تجربه می کنند، در حالی که استحکام کششی مواد کامپوزیت فیبر شیشه ای می تواند به 1000-2500 مگاپاسکال برسد.در مقایسه با مواد فلزی سنتی، مواد کامپوزیتی الیاف شیشه دارای ساختار ناهمگن و ناهمسانگردی آشکاری با مکانیسم‌های شکست پیچیده‌تر هستند.تحقیقات تجربی و نظری تحت انواع مختلف بارها می تواند درک جامعی از خواص مکانیکی آنها ارائه دهد، به ویژه هنگامی که در زمینه هایی مانند تجهیزات دفاع ملی و هوافضا به کار می رود، که نیاز به تحقیقات عمیق در مورد ویژگی ها و خواص مکانیکی آنها دارد تا نیازهای آنها را برآورده کند. محیط استفاده

در ادامه به معرفی خواص مکانیکی و تجزیه و تحلیل پس از آسیب مواد کامپوزیت الیاف شیشه می پردازد و راهنمایی برای کاربرد این ماده ارائه می دهد.

(1) خواص کششی و تجزیه و تحلیل:

تحقیقات نشان داده است که خواص مکانیکی مواد کامپوزیت رزین اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه نشان می دهد که استحکام کششی در جهت موازی ماده بسیار بیشتر از جهت عمودی الیاف است.بنابراین، در استفاده عملی، جهت الیاف شیشه باید تا حد امکان با جهت کششی مطابقت داشته باشد و از خواص کششی عالی آن به طور کامل استفاده شود.در مقایسه با فولاد، استحکام کششی به طور قابل توجهی بالاتر است، اما چگالی بسیار کمتر از فولاد است.مشاهده می شود که خواص مکانیکی جامع مواد کامپوزیت الیاف شیشه نسبتاً بالا است.

تحقیقات نشان داده است که افزایش مقدار فیبر شیشه ای افزوده شده به مواد کامپوزیت گرمانرم به تدریج مقاومت کششی مواد کامپوزیت را افزایش می دهد.دلیل اصلی این است که با افزایش محتوای الیاف شیشه، الیاف شیشه بیشتری در مواد کامپوزیت در معرض نیروهای خارجی قرار می گیرند.در عین حال، به دلیل افزایش تعداد الیاف شیشه، ماتریس رزین بین الیاف شیشه نازک تر می شود که برای ساخت قاب های تقویت شده با الیاف شیشه مساعدتر است.بنابراین، افزایش محتوای الیاف شیشه باعث می شود که تنش بیشتری از رزین به الیاف شیشه در مواد کامپوزیتی تحت بارهای خارجی منتقل شود و به طور موثر خواص کششی آنها را بهبود بخشد.

تحقیقات بر روی آزمایش‌های کششی مواد کامپوزیتی پلی‌استر غیراشباع الیاف شیشه نشان داده است که حالت شکست مواد کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف شیشه، شکست ترکیبی الیاف و ماتریس رزین از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی بخش کششی است.سطح شکستگی نشان می دهد که تعداد زیادی الیاف شیشه از ماتریس رزین در قسمت کششی بیرون کشیده شده اند و سطح الیاف شیشه بیرون کشیده شده از ماتریس رزین صاف و تمیز است و قطعات رزین بسیار کمی به سطح می چسبند. از الیاف شیشه، عملکرد شکست شکننده است.با بهبود رابط اتصال بین الیاف شیشه و رزین، قابلیت جاسازی این دو افزایش می یابد.در بخش کششی، بیشتر قطعات رزین ماتریس با پیوند بیشتر الیاف شیشه دیده می شود.مشاهدات بزرگنمایی بیشتر نشان می‌دهد که تعداد زیادی رزین ماتریس روی سطح الیاف شیشه‌ای استخراج‌شده باند می‌شوند و آرایشی شانه‌مانند را ارائه می‌دهند.سطح شکست شکست انعطاف پذیر را نشان می دهد که می تواند به خواص مکانیکی بهتری دست یابد.

(2) عملکرد خمشی و تجزیه و تحلیل:

آزمایش خستگی خمشی سه نقطه ای بر روی صفحات یک طرفه و بدنه های ریخته گری رزین از مواد کامپوزیت رزین اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه انجام شد.نتایج نشان داد که سفتی خمشی این دو با افزایش زمان خستگی همچنان کاهش می‌یابد.با این حال، سفتی خمشی صفحات یک طرفه تقویت‌شده با الیاف شیشه بسیار بیشتر از بدنه‌های ریخته‌گری بود و نرخ کاهش سفتی خمشی کندتر بود.زمان‌های خستگی بیشتری از ترک‌ها در طول زمان ظاهر می‌شدند، که نشان می‌دهد فیبر شیشه تأثیر بیشتری بر عملکرد خمشی ماتریس دارد.

با معرفی الیاف شیشه و افزایش تدریجی کسر حجمی، مقاومت خمشی مواد کامپوزیت نیز به همین نسبت افزایش می یابد.هنگامی که کسر حجمی فیبر 50٪ است، مقاومت خمشی آن بالاترین است، که 21.3٪ بیشتر از مقاومت اولیه است.اما زمانی که کسر حجمی الیاف 80 درصد باشد، مقاومت خمشی مواد کامپوزیتی کاهش قابل توجهی را نشان می‌دهد که کمتر از مقاومت نمونه بدون الیاف است.عموماً اعتقاد بر این است که استحکام پایین ماده ممکن است به دلیل ریزترک‌ها و حفره‌های داخلی باشد که مانع از انتقال مؤثر بار از طریق ماتریس به الیاف می‌شود و تحت نیروهای خارجی، ریزترک‌ها به سرعت گسترش می‌یابند و در نهایت باعث آسیب می‌شوند. پیوند رابط این ماده کامپوزیتی فیبر شیشه ای عمدتاً به جریان چسبناک ماتریس فیبر شیشه در دماهای بالا برای پوشاندن الیاف متکی است و الیاف شیشه بیش از حد به شدت مانع جریان ویسکوز ماتریس می شود و باعث ایجاد درجه خاصی از آسیب به پیوستگی بین می شود. رابط ها

(3) عملکرد مقاومت در برابر نفوذ:

استفاده از مواد کامپوزیتی تقویت‌شده با فیبر شیشه‌ای با مقاومت بالا برای رویه و پشت زره واکنش مقاومت در برابر نفوذ بهتری نسبت به فولاد آلیاژی سنتی دارد.در مقایسه با فولاد آلیاژی، مواد کامپوزیتی الیاف شیشه برای صورت و پشت زره واکنش انفجاری پس از انفجار، بدون هیچ گونه توانایی کشتن، قطعات باقی مانده کوچکتری دارند و می توانند تا حدی اثر کشتار ثانویه زره واکنش انفجاری را از بین ببرند.