유리 섬유 강화의 인장 강도가 강철 강화보다 훨씬 높지만 탄성 계수가 더 낮습니까? 기계 메커니즘이란 무엇입니까?

유리 섬유 강화의 인장 강도는 철강 강화의 인장 강도보다 훨씬 높지만 탄성 계수는 ​​낮으며, 이는 재료 조성, 미세 구조 및 기계적 메커니즘의 필수 차이로 인한 것입니다. 아래는 과학적 원칙의 관점에서 자세한 분석입니다.

1 of 인장 강도 차이의 핵심 메커니즘

유리 섬유 강화 : 공유 결합 및 섬유 강화 메커니즘

재료 기반 : 유리 섬유 강화는 유리 섬유로 만들어졌으며 강화 단계 (60% -70% 부피)로 만들어지며, 코어 구성 요소는 공유 결합을 통한 고강도 격자를 형성하는 실리카 (SIO) 네트워크 구조입니다.

강도 출처 :

유리 섬유의 골절 에너지 : 유리 섬유의 골절 에너지는 7.0-9.5 kJ/m ²로 높으며, 강철 막대 (약 2.5-4.0 kJ/m ²)에서 금속 결합의 골절 에너지를 훨씬 초과합니다.

섬유 배열 최적화 : 섬유는 축 방향을 따라 순서대로 배열되며, 하중은 수지 매트릭스를 통해 섬유로 효율적으로 전달되어 섬유 방향을 따라 집중된 응력 베어링을 달성합니다.

데이터 비교 : 유리 섬유 강화의 인장 강도는 500-900 MPa에 도달 할 수있는 반면, 일반 철강 보강 (HRB400)의 강도는 400-600 MPa이며 고강도 강철 강화 (HRB600)는 600-750 MPa입니다.

강화 : 금속 결합 및 탈구 강화 메커니즘

재료 재단 : 스틸 바는 철 탄소 합금으로 만들어졌으며, 이는 핫 롤링 또는 냉기 도면 공정을 통해 페라이트 펄라이트 구조로 형성됩니다. 금속 결합의 비 방향성 특성은 균일 한 3 차원 하중 베어링 용량을 부여합니다.

강도 출처 :

탈구 운동 저항 : 탄소 원자 고체 용액 강화 및 펄라이트 층류 구조는 탈구 슬립을 방해하지만 금속 결합의 골절 에너지는 이론적 강도 상한을 제한합니다.

플라스틱 변형의 기여 : 강철 막대의 파손에서의 신장은 15% -25%에 도달 할 수 있습니다. 플라스틱 변형 단계 동안, 탈구 전파를 통해 에너지가 흡수되지만 일부 이론적 강도는 희생됩니다.

2 of 탄성 계수의 차이의 핵심 메커니즘

유리 섬유 강화 : 수지 매트릭스 및 인터페이스 효과

매트릭스 계수 제한 : 수지 매트릭스의 탄성 계수 (예 : 에폭시 수지)는 3-5 GPA에 불과하며 200 gpa의 강철 강화보다 훨씬 낮습니다.

인터페이스 결합의 약점 : 유리 섬유와 수지 사이의 계면 결합 강도 (일반적으로 <10 MPa)는 강철 막대에서 페라이트와 펄라이트 사이의 결합 강도보다 훨씬 낮으며 스트레스 하에서 인터페이스 디 본딩 또는 매트릭스 균열이 발생하기 쉽습니다.

취성 특성 : 유리 섬유 강화의 응력-변형 곡선은 선형 골절을 보여줍니다. 스틸 바에 대한 수율 플랫폼이 부족하여 강철 막대의 1/3-2/5에 불과한 탄성 계수 (40-60 gpa)가 나타납니다.

강화 : 금속 결합 및 결정 슬립 메커니즘

높은 강성 본질 : 금속 결합의 비 방향성 특성은 결정 슬립 시스템이 3 차원 공간에 균일하게 분포 될 수있게하여 탈구 운동에 대한 저항성이 높고 강철 막대가 높은 탄성 계수 (200 gpa)를 부여합니다.

플라스틱 변형 조절 : 강철 막대의 소성 변형 단계는 탈구 재 배열을 통해 국소 응력 농도를 방출하여 탄성 계수의 안정성을 유지합니다.

3 of 성능 차이의 엔지니어링 중요성

특징적인 유리 섬유 강화 강철 막대

인장 강도 500-900 MPa (중요한 이점) 400-750 MPa

탄성 계수 40-60 GPA (1/3-2/5 스틸 바) 200 gpa

고장 모드 취성 골절 (경고 없음) 넥킹 연성 장애 (경고)

적용 가능한 시나리오 : 부식 저항, 경량, 피로 저항, 플라스틱 변형 및 지진 저항에 대한 높은 요구 사항

4 、 결론

유리 섬유 강화의 높은 인장 강도는 공유 결합 구조 및 유리 섬유의 최적화 된 섬유 배열에 기인 한 반면, 낮은 탄성 계수는 ​​수지 매트릭스의 모듈러스, 불충분 한 섬유 매트릭스 인터페이스 결합 강도 및 재료 브리틀 니스에 의해 제한된다. 이러한 특성의 조합은 부식성, 경량 및 피로 저항 시나리오에서 독특한 이점을 제공하지만 여전히 강성 또는 소성 변형이 필요한 구조의 강철 강화에 의존합니다. 향후, 나노 변형 수지 또는 섬유 표면 처리 기술을 통해 유리 섬유 강화의 탄성 계수를 더욱 향상시키고 적용 범위를 확장 할 것으로 예상됩니다.