מדוע חוזק המתיחה של חיזוק פיברגלס גבוה בהרבה מזה של חיזוק פלדה, אך המודולוס האלסטי נמוך יותר? מה המנגנון המכני שלו?

חוזק המתיחה של חיזוק פיברגלס גבוה בהרבה מזה של חיזוק פלדה, אך המודולוס האלסטי שלו נמוך יותר, הנובע מההבדלים המהותיים בהרכב החומרים שלו, במיקרו -מבנה ומנגנון מכני. להלן ניתוח מפורט מנקודת המבט של עקרונות מדעיים:

1 、 מנגנון הליבה של ההבדל בעוצמת המתיחה

חיזוק פיברגלס: קשרים קוולנטיים ומנגנון חיזוק סיבים

בסיס חומר: חיזוק סיבי זכוכית עשוי סיבי זכוכית כשלב החיזוק (המהווה 60% -70% בנפח), ורכיב הליבה שלו הוא מבנה רשת סיליקה (Sio ₂), המהווה סריג בעל חוזק גבוה דרך קשרים קוולנטיים.

מקור כוח:

אנרגיית השבר של סיבי זכוכית: אנרגיית השבר של סיבי הזכוכית גבוהה עד 7.0-9.5 קילוגרם/מ '², בהרבה עולה על אנרגיית השבר של קשרי מתכת בסורגי פלדה (כ -2.5-4.0 קילוגרם/מ').

אופטימיזציה של סידור סיבים: סיבים מסודרים באופן מסודר לאורך הכיוון הצירי, והעומס מועבר ביעילות לסיבים דרך מטריצת השרף, ומשיג לחץ מרוכז הנושא בכיוון הסיבים.

השוואת נתונים: חוזק המתיחה של חיזוק פיברגלס יכול להגיע ל 500-900 MPA, ואילו זה של חיזוק פלדה רגיל (HRB400) הוא 400-600 MPa, וחיזוק פלדה בעלת חוזק גבוה (HRB600) הוא רק 600-750 MPa.

חיזוק: קשר מתכת וניתוק מנגנון חיזוק

בסיס חומרים: סורגי פלדה עשויים מסגסוגת פחמן ברזל, הנוצרת למבנה פרלייט פריט דרך תהליכי רישום חמים או קרים. האופי הלא כיוון של קשרי מתכת מעניק להם יכולת נושאת עומס תלת מימדית אחידה.

מקור כוח:

התנגדות לתנועת תנועה: חיזוק תמיסה מוצקה של אטום פחמן ומבנה הפניני למלון מעכבים את הפריקה, אך אנרגיית השבר של קשרי מתכת מגבילה את גבולם העליון של חוזקם התיאורטי.

תרומת עיוות פלסטי: התארכות בהפסקה של מוטות פלדה יכולה להגיע ל -15% -25%. בשלב העיוות הפלסטי, אנרגיה נקלטת באמצעות התפשטות ניתוק, אך מוקרבים חוזק תיאורטי כלשהו.

2 、 מנגנון הליבה של ההבדל במודולוס אלסטי

חיזוק פיברגלס: מטריצת שרף ואפקט ממשק

מגבלת מודולוס מטריצה: המודולוס האלסטי של מטריצת שרף (כמו שרף אפוקסי) הוא רק 3-5 GPA, נמוך בהרבה מ -200 GPA של חיזוק פלדה.

חולשה של מליטה ממשק: חוזק קשירת הממשק בין סיבי זכוכית לשרף (בדרך כלל <10 MPa) נמוך בהרבה מכוח ההדבקה בין פריט לפירליט במוטות פלדה, והוא נוטה לממשק של דבקות או פיצוח מטריקס תחת לחץ.

מאפיינים שבירים: עקומת מתח הלחץ של חיזוק פיברגלס מראה על שבר ליניארי, חסר פלטפורמת תשואה לסורגי פלדה, וכתוצאה מכך מודולוס אלסטי לכאורה (40-60 GPA) שהוא רק 1/3-2/5 מזה של מוטות פלדה.

חיזוק: קשר מתכת ומנגנון החלקה קריסטל

תמצית קשיחות גבוהה: האופי הלא כיווני של קשרי מתכת מאפשר להפצה באופן אחיד את מערכת החלקה הגבישית במרחב תלת ממדי, וכתוצאה מכך עמידות גבוהה לתנועת ניתוק ולהעניק מוטות פלדה עם מודולוס אלסטי גבוה (200 GPA).

ויסות עיוות פלסטי: שלב העיוות הפלסטי של מוטות הפלדה משחרר את ריכוז הלחץ המקומי באמצעות סידור מחדש של ניתוק, תוך שמירה על יציבות המודולוס האלסטי.

3 、 המשמעות ההנדסית של הבדלי ביצועים

מוטות פלדה מחוזקים של סיבי זכוכית אופייניים

חוזק מתיחה 500-900 MPA (יתרון משמעותי) 400-750 MPA

מודולוס אלסטי 40-60 GPA (1/3-2/5 מוטות פלדה) 200 GPA

מצב כישלון שבר שביר (ללא אזהרה) כישלון רקיע צוואר (אזהרה)

תרחישים ישימים: דרישות גבוהות להתנגדות לקורוזיה, משקל קל, עמידות לעייפות, עיוות פלסטי ועמידות סיסמית

4 、 מסקנה

חוזק המתיחה הגבוה של חיזוק סיבי הזכוכית נובע ממבנה הקשר הקוולנטי וסידור סיבים אופטימלי של סיבי זכוכית, ואילו המודולוס האלסטי הנמוך מוגבל על ידי המודולוס של מטריצת השרף, לא מספיק מטריצת סיב ממשק סיבים חוזק מליטה, ושברירות חומר. שילוב זה של מאפיינים מעניק לו יתרונות ייחודיים בעמידות בפני קורוזיה, תרחישי עמידות קלים ועייפות, אך הוא עדיין מסתמך על חיזוק פלדה במבנים הדורשים קשיחות גבוהה או עיוות פלסטי. בעתיד, באמצעות ננו שונה שרף או טכנולוגיית טיפול פני השטח של סיבים, הוא צפוי לשפר עוד יותר את המודולוס האלסטי של חיזוק סיבי זכוכית ולהרחיב את טווח היישומים שלו.