Vistas: 0 Autor: Sitio Editor Publicar Tiempo: 2025-06-12 Origen: Sitio
La resistencia a la tracción del refuerzo de fibra de vidrio es mucho mayor que la del refuerzo de acero, pero su módulo elástico es menor, lo que se debe a las diferencias esenciales en su composición de material, microestructura y mecanismo mecánico. A continuación se muestra un análisis detallado desde la perspectiva de los principios científicos:
1 、 El mecanismo central de la diferencia en la resistencia a la tracción
Refuerzo de fibra de vidrio: enlaces covalentes y mecanismo de refuerzo de fibra
Base del material: el refuerzo de fibra de vidrio está hecho de fibra de vidrio como fase de refuerzo (que representa el 60% -70% en volumen), y su componente central es una estructura de red de sílice (SIO ₂), que forma una red de alta resistencia a través de enlaces covalentes.
Fuente de fuerza:
La energía de fractura de la fibra de vidrio: la energía de fractura de la fibra de vidrio es tan alta como 7.0-9.5 kJ/m ², excediendo con creces la energía de fractura de los enlaces metálicos en barras de acero (aproximadamente 2.5-4.0 kJ/m ²).
Optimización de la disposición de la fibra: las fibras se organizan de manera ordenada a lo largo de la dirección axial, y la carga se transmite de manera eficiente a las fibras a través de la matriz de resina, logrando el tensión concentrada que cojea a lo largo de la dirección de la fibra.
Comparación de datos: la resistencia a la tracción del refuerzo de fibra de vidrio puede alcanzar 500-900 MPa, mientras que la del refuerzo de acero ordinario (HRB400) es de 400-600 MPa, y el refuerzo de acero de alta resistencia (HRB600) es de solo 600-750 MPa.
Refuerzo: mecanismo de fortalecimiento de la unión metálica y la dislocación
Fundación de materiales: las barras de acero están hechas de aleación de carbono de hierro, que se forma en una estructura de perlita de ferrita a través de procesos de rodaje en caliente o de dibujo en frío. La naturaleza no direccional de los enlaces metálicos los dotará con una capacidad de carga tridimensional uniforme.
Fuente de fuerza:
Resenancia del movimiento de dislocación: el fortalecimiento de la solución sólida del átomo de carbono y la estructura laminar de perlita obstaculizan el deslizamiento de dislocación, pero la energía de fractura de los enlaces de metal limita su límite superior de resistencia teórica.
Contribución de la deformación plástica: el alargamiento al descanso de las barras de acero puede alcanzar el 15% -25%. Durante la etapa de deformación plástica, la energía se absorbe a través de la propagación de dislocación, pero se sacrifica cierta fuerza teórica.
2 、 El mecanismo central de la diferencia en el módulo elástico
Refuerzo de fibra de vidrio: matriz de resina y efecto de interfaz
Limitación del módulo de matriz: el módulo elástico de la matriz de resina (como la resina epoxi) es solo de 3-5 GPa, mucho más bajo que los 200 GPa de refuerzo de acero.
Debilidad del enlace de la interfaz: la resistencia de unión de interfaz entre la fibra de vidrio y la resina (generalmente <10 MPa) es mucho menor que la resistencia de unión entre la ferrita y la perlita en las barras de acero, y es propenso a la desunión de desunidas o grietas de matriz bajo estrés.
Características frágiles: la curva de tensión-deformación del refuerzo de fibra de vidrio muestra una fractura lineal, que carece de una plataforma de rendimiento para las barras de acero, lo que resulta en un módulo elástico aparente (40-60 GPa) que es solo 1/3-2/5 de las barras de acero.
Refuerzo: enlace metálico y mecanismo de deslizamiento de cristal
Esencia de alta rigidez: la naturaleza no direccional de los enlaces de metal permite que el sistema de deslizamiento de cristal se distribuya uniformemente en un espacio tridimensional, lo que resulta en una alta resistencia al movimiento de dislocación y en las barras de acero dotador con un alto módulo elástico (200 GPA).
Regulación de deformación plástica: la etapa de deformación plástica de las barras de acero libera la concentración de tensión local a través de la reubicación de dislocación, manteniendo la estabilidad del módulo elástico.
3 、 La importancia de la ingeniería de las diferencias de rendimiento
Barras de acero reforzadas con fibra de vidrio características
Resistencia a la tracción 500-900 MPa (ventaja significativa) 400-750 MPa
Módulo elástico 40-60 GPA (1/3-2/5 barras de acero) 200 GPA
Modo de falla fractura frágil (sin advertencia) Falla dúctil de cuello (advertencia)
Escenarios aplicables: altos requisitos para resistencia a la corrosión, liviano, resistencia a la fatiga, deformación plástica y resistencia sísmica
4 、 Conclusión
La alta resistencia a la tracción del refuerzo de fibra de vidrio se debe a la estructura de enlace covalente y una disposición optimizada de fibra de las fibras de vidrio, mientras que el módulo elástico bajo está limitado por el módulo de la matriz de resina, la intensidad de unión de la matriz de fibra insuficiente y la resumen del material. Esta combinación de características le brinda ventajas únicas en escenarios de resistencia a la corrosión, liviano y resistencia a la fatiga, pero aún se basa en el refuerzo de acero en estructuras que requieren alta rigidez o deformación plástica. En el futuro, a través de la tecnología de tratamiento de la superficie de fibra o resina nano modificada, se espera que mejore aún más el módulo elástico del refuerzo de fibra de vidrio y amplíe su rango de aplicación.
