لماذا تعتبر قوة الشد من تعزيز الألياف الزجاجية أعلى بكثير من قوة التعزيز الصلب ، لكن المعامل المرن أقل؟ ما هي آليتها الميكانيكية؟

إن قوة الشد لتعزيز الألياف الزجاجية أعلى بكثير من قوة تعزيز الصلب ، ولكن معاملها المرن أقل ، ويرجع ذلك إلى الاختلافات الأساسية في تكوين المواد ، والبنية المجهرية ، والآلية الميكانيكية. فيما يلي تحليل مفصل من منظور المبادئ العلمية:

1 、 الآلية الأساسية للفرق في قوة الشد

تعزيز الألياف الزجاجية: السندات التساهمية وآلية تعزيز الألياف

الأساس المادي: يتكون تعزيز الألياف الزجاجية من الألياف الزجاجية كمرحلة التعزيز (تمثل 60 ٪ -70 ٪ من حيث الحجم) ، ومكونها الأساسي هو بنية شبكة السيليكا (SIO ₂) ، والتي تشكل شعرية عالية القوة من خلال الروابط التساهمية.

مصدر القوة:

طاقة الكسر للألياف الزجاجية: تبلغ طاقة الكسر للألياف الزجاجية ما يصل إلى 7.0-9.5 كيلو جول/م ² ، مما يتجاوز بكثير طاقة الكسر من الروابط المعدنية في أشرطة الصلب (حوالي 2.5-4.0 كيلو جول/م ²).

تحسين ترتيب الألياف: يتم ترتيب الألياف بطريقة منظمة على طول الاتجاه المحوري ، ويتم نقل الحمل بكفاءة إلى الألياف من خلال مصفوفة الراتنج ، وتحقيق الإجهاد المركّز على طول اتجاه الألياف.

مقارنة البيانات: يمكن أن تصل قوة الشد لتعزيز الألياف الزجاجية إلى 500-900 ميجا باسكال ، في حين أن تعزيز الفولاذ العادي (HRB400) تبلغ 400-600 ميجا باسكال ، وتعزيز الصلب عالي القوة (HRB600) فقط 600-750 ميجا باسكال.

التعزيز: آلية تعزيز الرابطة المعدنية والخلع

الأساس المادي: مصنوعة من قضبان الصلب من سبيكة الكربون الحديدية ، والتي تتشكل في بنية بيرليت الفريت من خلال عمليات الرسم الساخنة أو الباردة. الطبيعة غير الاتجاهية للروابط المعدنية تمنحهم بسعة حاملة موحدة ثلاثية الأبعاد.

مصدر القوة:

مقاومة حركة الخلع: حلول ذرة الكربون تقوية الحلول الصلبة والبنية الصفيحة اللؤلبية تعيق انزلاق الخلع ، لكن طاقة الكسر في الروابط المعدنية تحد من الحد الأعلى لقوتها النظرية.

مساهمة تشوه البلاستيك: يمكن أن يصل استطالة قضبان الصلب إلى 15 ٪ -25 ٪. خلال مرحلة تشوه البلاستيك ، يتم امتصاص الطاقة من خلال انتشار الخلع ، ولكن يتم التضحية ببعض القوة النظرية.

2 、 الآلية الأساسية للفرق في المعامل المرن

تعزيز الألياف الزجاجية: مصفوفة الراتنج وتأثير الواجهة

الحد من معامل المصفوفة: المعامل المرن لمصفوفة الراتنج (مثل راتنج الايبوكسي) هو فقط 3-5 GPA ، أقل بكثير من 200 GPa من تعزيز الصلب.

ضعف الترابط في الواجهة: تكون قوة ربط الواجهة بين الألياف الزجاجية والراتنج (عادة أقل من 10 ميجا باسكال) أقل بكثير من قوة الترابط بين الفريت والبرليت في قضبان الصلب ، وهي عرضة للواجهة أو تكسير المصفوفة تحت الضغط.

الخصائص الهشة: يُظهر منحنى الإجهاد الإجهاد لتعزيز الألياف الزجاجية كسرًا خطيًا ، ويفتقر إلى منصة العائد لأشرطة الصلب ، مما يؤدي إلى معامل مرن واضحة (40-60 GPA) التي لا سوى 1/3-2/5 من قضبان الفولاذ.

التعزيز: رابطة معدنية وآلية الانزلاق البلوري

جوهر الصلابة العالي: تتيح الطبيعة غير الاتجاهية للروابط المعدنية توزيع نظام الانزلاق البلوري بشكل موحد في الفضاء ثلاثي الأبعاد ، مما يؤدي إلى مقاومة عالية لحركة الخلع وأشرطة الفولاذ المنتهية ذات المعامل المرنة العالية (200 GPa).

تنظيم تشوه البلاستيك: تطلق مرحلة تشوه البلاستيك من قضبان الصلب تركيز الإجهاد المحلي من خلال إعادة ترتيب الخلع ، مع الحفاظ على استقرار المعامل المرن.

3 、 الأهمية الهندسية للاختلافات في الأداء

قضبان فولاذية مميزة الألياف الزجاجية

قوة الشد 500-900 ميجا باسكال (ميزة كبيرة) 400-750 ميجا باسكال

معامل مرن 40-60 GPA (1/3-2/5 قضبان فولاذية) 200 GPA

وضع الفشل الكسر الهش (بدون تحذير) فشل الدكتايل (تحذير)

السيناريوهات المعمول بها: متطلبات عالية لمقاومة التآكل ، والوزن الخفيف ، ومقاومة التعب ، والتشوه البلاستيكي ، والمقاومة الزلزالية

4 、 الخلاصة

ترجع قوة الشد العالية لتعزيز الألياف الزجاجية إلى بنية الرابطة التساهمية وترتيب الألياف المحسنة للألياف الزجاجية ، في حين أن المعامل المرن المنخفض محدودة بمعامل مصفوفة الراتنج ، وقوة ربط واجهة مصفوفة الألياف غير الكافية ، وهنج المواد. يمنح هذا المزيج من الخصائص مزايا فريدة في مقاومة التآكل ، وسيناريوهات مقاومة التعب ، وذات الوزن ، ولكنها لا تزال تعتمد على تعزيز الصلب في الهياكل التي تتطلب صلابة عالية أو تشوه بلاستيكي. في المستقبل ، من خلال تكنولوجيا راتنجات الألياف المعدلة من النانو أو معالجة السطح الألياف ، من المتوقع أن يعزز معامل مرونة من تعزيز الألياف الزجاجية وتوسيع نطاق التطبيق.