Bakit mas mataas ang lakas ng lakas ng fiberglass na mas mataas kaysa sa pampalakas ng bakal, ngunit mas mababa ang nababanat na modulus? Ano ang mekanikal na mekanismo nito?

Ang makunat na lakas ng fiberglass na pampalakas ay mas mataas kaysa sa pampalakas ng bakal, ngunit ang nababanat na modulus ay mas mababa, na dahil sa mga mahahalagang pagkakaiba sa materyal na komposisyon, microstructure, at mekanikal na mekanismo. Nasa ibaba ang isang detalyadong pagsusuri mula sa pananaw ng mga prinsipyong pang -agham:

1 、 Ang pangunahing mekanismo ng pagkakaiba sa lakas ng makunat

Fiberglass pampalakas: Covalent bond at mekanismo ng pampalakas ng hibla

Materyal na batayan: Ang pampalakas ng hibla ng hibla ay gawa sa hibla ng salamin bilang ang reinforcing phase (accounting para sa 60% -70% sa pamamagitan ng dami), at ang pangunahing sangkap nito ay isang istraktura ng network ng silica (SiO ₂), na bumubuo ng isang mataas na lakas na pananakit sa pamamagitan ng mga covalent bond.

Pinagmulan ng Lakas:

Ang enerhiya ng bali ng hibla ng salamin: Ang enerhiya ng bali ng hibla ng salamin ay kasing taas ng 7.0-9.5 kJ/m ², na higit na lumampas sa enerhiya ng bali ng mga bono ng metal sa mga bar ng bakal (mga 2.5-4.0 kJ/m ²).

Ang pag -optimize ng pag -aayos ng hibla: Ang mga hibla ay nakaayos sa isang maayos na paraan kasama ang direksyon ng ehe, at ang pag -load ay mahusay na ipinadala sa mga hibla sa pamamagitan ng resin matrix, na nakamit ang puro na pagdadala ng stress kasama ang direksyon ng hibla.

Paghahambing ng Data: Ang lakas ng lakas ng fiberglass na pampalakas ay maaaring umabot sa 500-900 MPa, habang ang ordinaryong bakal na pampalakas (HRB400) ay 400-600 MPa, at ang high-lakas na bakal na pampalakas (HRB600) ay 600-750 MPa lamang.

Pagpapatibay: mekanismo ng pagpapalakas ng metal at dislokasyon

Materyal na pundasyon: Ang mga bar ng bakal ay gawa sa bakal na haluang metal na carbon, na nabuo sa isang istraktura ng ferrite pearlite sa pamamagitan ng mainit na mga proseso ng pagguhit o malamig na pagguhit. Ang hindi direksyon na likas na katangian ng mga bono ng metal ay nagbigay ng mga ito ng pantay na three-dimensional na kapasidad na nagdadala ng pag-load.

Pinagmulan ng Lakas:

Paglaban sa Paggalaw ng Paggalaw: Ang Solid Solution Solution ng Carbon Atom at Pearlite Lamellar Structure ay hadlangan ang dislocation slip, ngunit ang enerhiya ng bali ng mga bono ng metal ay naglilimita sa kanilang teoretikal na lakas sa itaas na limitasyon.

Kontribusyon ng plastik na pagpapapangit: Ang pagpahaba sa break ng mga bakal na bar ay maaaring umabot ng 15% -25%. Sa yugto ng plastik na pagpapapangit, ang enerhiya ay nasisipsip sa pamamagitan ng pagpapalaganap ng dislokasyon, ngunit ang ilang lakas ng teoretikal ay sinakripisyo.

2 、 Ang pangunahing mekanismo ng pagkakaiba sa nababanat na modulus

Fiberglass Reinforcement: Resin matrix at interface effect

Limitasyon ng Matrix Modulus: Ang nababanat na modulus ng resin matrix (tulad ng epoxy resin) ay 3-5 GPa lamang, mas mababa kaysa sa 200 GPA ng pampalakas na bakal.

Kahinaan ng interface ng interface: Ang lakas ng bonding ng interface sa pagitan ng hibla ng salamin at dagta (karaniwang <10 MPa) ay mas mababa kaysa sa lakas ng bonding sa pagitan ng ferrite at perlas sa mga bakal na bar, at madaling kapitan ng interface o pag -crack ng matrix sa ilalim ng stress.

Mga malutong na katangian: Ang curve ng stress-strain ng fiberglass na pampalakas ay nagpapakita ng linear fracture, na kulang sa isang platform ng ani para sa mga bakal na bar, na nagreresulta sa isang maliwanag na nababanat na modulus (40-60 GPa) na 1/3-2/5 ng mga bakal na bar.

Pagpapatibay: mekanismo ng metal at mekanismo ng kristal

Mataas na katatagan ng kakanyahan: Ang hindi direksyon na likas na katangian ng mga bono ng metal ay nagbibigay-daan sa sistema ng kristal na slip na pantay na ipinamamahagi sa three-dimensional space, na nagreresulta sa mataas na pagtutol sa dislocation motion at endowing steel bar na may mataas na nababanat na modulus (200 GPa).

Ang regulasyon ng plastik na pagpapapangit: Ang yugto ng pagpapapangit ng plastik ng mga bar ng bakal ay naglalabas ng lokal na konsentrasyon ng stress sa pamamagitan ng dislocation na muling pagsasaayos, pinapanatili ang katatagan ng nababanat na modulus.

3 、 Ang kahalagahan ng engineering ng mga pagkakaiba sa pagganap

Katangian ng hibla ng hibla na pinatibay ng mga bar na bakal

Lakas ng Tensile 500-900 MPa (makabuluhang kalamangan) 400-750 MPa

Elastic Modulus 40-60 GPa (1/3-2/5 Steel Bars) 200 GPa

Ang mode ng pagkabigo ay malutong na bali (walang babala) Necking pagkabigo ng ductile (babala)

Naaangkop na mga sitwasyon: Mataas na mga kinakailangan para sa paglaban sa kaagnasan, magaan, paglaban sa pagkapagod, pagpapapangit ng plastik, at paglaban sa seismic

4 、 Konklusyon

Ang mataas na lakas ng lakas ng hibla ng hibla ay dahil sa istraktura ng covalent bond at na -optimize na pag -aayos ng hibla ng mga hibla ng salamin, habang ang mababang nababanat na modulus ay limitado sa pamamagitan ng modulus ng resin matrix, hindi sapat na hibla ng matrix interface na lakas ng pag -bonding, at materyal na brittleness. Ang kumbinasyon ng mga katangian na ito ay nagbibigay ng natatanging mga pakinabang sa paglaban ng kaagnasan, magaan, at mga sitwasyon ng paglaban sa pagkapagod, ngunit umaasa pa rin ito sa pampalakas ng bakal sa mga istruktura na nangangailangan ng mataas na katigasan o pagpapapangit ng plastik. Sa hinaharap, sa pamamagitan ng nano binagong dagta o teknolohiya ng paggamot sa ibabaw ng hibla, inaasahan na higit na mapahusay ang nababanat na modulus ng pampalakas ng hibla ng salamin at palawakin ang saklaw ng aplikasyon nito.