グラスファイバー補強材の引張強度は、鋼の補強材よりもはるかに高いのですが、弾性率は低いのはなぜですか？その機械的メカニズムは何ですか？

グラスファイバー補強の引張強度は、鋼の補強材よりもはるかに高くなっていますが、その弾性弾性率は低くなります。これは、その材料組成、微細構造、および機械的メカニズムの本質的な違いによるものです。以下は、科学的原則の観点からの詳細な分析です。

1.引張強度の違いのコアメカニズム

グラスファイバー補強：共有結合と繊維補強機構

材料基盤：ガラス繊維の補強材は、補強段階としてガラス繊維で作られています（60％〜70％のボリュームを占める）、そのコアコンポーネントは、共有結合を介した高強度格子を形成するシリカ（SIO₂）ネットワーク構造です。

強度ソース：

ガラス繊維の骨折エネルギー：ガラス繊維の骨折エネルギーは7.0-9.5 kJ/m²にも高く、鋼鉄の棒の金属結合の破壊エネルギーをはるかに超えています（約2.5-4.0 kJ/m²）。

繊維配置の最適化：繊維は軸方向に沿って整然と配置され、荷重は樹脂マトリックスを介して繊維に効率的に伝達され、繊維方向に沿って濃縮された応力を実現します。

データの比較：グラスファイバー補強の引張強度は500-900 MPaに達する可能性がありますが、通常の鋼補強材（HRB400）の強度は400-600 MPaで、高強度鋼補強材（HRB600）はわずか600〜750 MPaです。

補強：金属結合および転位強化メカニズム

マテリアルファンデーション：スチールバーは、鉄炭素合金で作られており、ホットローリングまたはコールドドローイングプロセスを通じてフェライトパーライト構造に形成されます。金属結合の非方向性の性質は、均一な3次元負荷耐能力を延長します。

強度ソース：

転位運動抵抗：炭素原子固形溶液の強化とパーライトラメラ構造は転位スリップを妨害しますが、金属結合の骨折エネルギーは理論的強度の上限を制限します。

プラスチック変形の寄与：鋼鉄のバーの破壊時の伸長は、15％〜25％に達する可能性があります。塑性変形段階では、脱臼の伝播によってエネルギーが吸収されますが、理論的な強さは犠牲になります。

2 elastic弾性弾性率の違いのコアメカニズム

グラスファイバー補強材：樹脂マトリックスとインターフェイス効果

マトリックスモジュラスの制限：樹脂マトリックスの弾性率（エポキシ樹脂など）は3〜5 GPaのみで、200 GPAの鋼製強化よりもはるかに低いです。

界面結合の衰弱：ガラス繊維と樹脂の間の界面結合強度（通常は10 MPa未満）は、スチールバーのフェライトとパーライトの間の結合強度よりもはるかに低く、ストレス下での剥離またはマトリックスの亀裂が挿入される傾向があります。

脆性特性：グラスファイバー補強材の応力 - ひずみ曲線は、鋼鉄の棒の収量プラットフォームを欠いている線形骨折を示しており、その結果、スチールバーの1/3-2/5のみである見かけの弾性弾性率（40-60 GPA）が生じます。

補強：金属結合およびクリスタルスリップメカニズム

高剛性の本質：金属結合の非方向性の性質により、クリスタルスリップシステムを3次元空間に均一に分布させることができ、脱臼運動に対する耐性が高くなり、弾性率（200 gPa）を備えた鋼鉄の棒を寄付します。

塑性変形調節：鋼鉄のバーのプラスチック変形段階は、脱臼再配置を通じて局所的な応力集中を放出し、弾性弾性率の安定性を維持します。

3 furboryパフォーマンスの違いのエンジニアリングの重要性

特徴的なガラス繊維強化スチールバー

引張強度500-900 MPa（有意な利点）400-750 MPa

弾性弾性率40-60 GPA（1/3-2/5スチールバー）200 GPA

故障モードの脆性骨折（警告なし）延性故障（警告）のネッキング

適用可能なシナリオ：耐食性、軽量、疲労抵抗、塑性変形、および地震抵抗の高い要件

4、結論

ガラス繊維補強の高い引張強度は、共有結合結合構造とガラス繊維の最適化された繊維配置によるものであり、低弾性弾性率は樹脂マトリックスの弾性率、不十分な繊維マトリックスインターフェイスの結合強度、および物質的な脆性によって制限されます。この特性の組み合わせは、腐食抵抗、軽量、疲労抵抗シナリオにおける独特の利点をもたらしますが、それでも高い剛性または塑性変形を必要とする構造の鉄鋼補強に依存しています。将来、NANO修正樹脂または繊維表面処理技術を通じて、ガラス繊維の補強材の弾性率をさらに強化し、その用途範囲を拡大することが期待されています。