Prečo je pevnosť v ťahu zosilnenia vlákna oveľa vyššia ako sila oceľovej výstuže, ale elastický modul je nižší? Aký je jeho mechanický mechanizmus?

Pevnosť v ťahu zosilnenia zo sklenených vlákien je oveľa vyššia ako sila oceľovej výstuže, ale jeho elastický modul je nižší, čo je spôsobené podstatnými rozdielmi v jeho zložení materiálu, mikroštruktúre a mechanickom mechanizme. Nižšie je uvedená podrobná analýza z hľadiska vedeckých princípov:

1 、 základný mechanizmus rozdielu v pevnosti v ťahu

Posilnenie zo sklenených vlákien: kovalentné väzby a mechanizmus výstuže vlákien

MATERIÁLNA VÝSLEDKA: Vystuženie sklenených vlákien je vyrobené zo skleneného vlákna ako zosilniacej fázy (predstavuje 60% -70% objem) a jej základnou zložkou je sieťová štruktúra oxidu kremičitého (SIO ₂), ktorá tvorí vysoko pevnú mriežku prostredníctvom kovalentných väzieb.

Zdroj sily:

Energia zlomeniny sklenenej vlákniny: Fraktúrna energia skleneného vlákna je vysoká ako 7,0-9,5 kJ/m ², čo je ďaleko presahujúca lomovú energiu kovových väzieb v oceľových tyčí (približne 2,5 až 4,0 kJ/m ²).

Optimalizácia usporiadania vlákien: Vlákna sú usporiadané usporiadaným spôsobom pozdĺž axiálneho smeru a záťaž sa efektívne prenáša do vlákien cez živicovú matricu, čím sa dosahuje koncentrované napätie pozdĺž smeru vlákien.

Porovnanie údajov: Pevnosť v ťahu zosilnenia vlákien môže dosiahnuť 500-900 MPa, zatiaľ čo v prípade bežnej oceľovej výstuže (HRB400) je 400-600 MPa a vysokopevnostná oceľová výstuž (HRB600) je iba 600-750 MPA.

Posilnenie: Mechanizmus posilnenia kovovej väzby a dislokácie

Nadácia materiálu: Oceľové tyče sú vyrobené z zliatiny uhlíka železa, ktorá sa vytvára do feritovej perličnej štruktúry prostredníctvom procesov valcovania alebo za studena. Nekonátorová povaha kovových väzieb ich poskytuje rovnomernou trojrozmernou kapacitou nosenia.

Zdroj sily:

Odolnosť proti pohybu dislokácie: Posilnenie tuhého roztoku atómu uhlíka a lamelárna štruktúra perlitu bránia dislokačnému sklzu, ale energia zlomenín kovových väzieb obmedzuje ich hornú hranicu teoretickej pevnosti.

Príspevok plastickej deformácie: Predĺženie pri zlomení oceľových tyčí môže dosiahnuť 15% -25%. Počas štádia plastu deformácie sa energia absorbuje šírením dislokácie, ale je obetovaná určitá teoretická sila.

2 、 Základný mechanizmus rozdielu v elastickom module

Posilnenie zo sklenených vlákien: živicia matica a efekt rozhrania

Obmedzenie matricového modulu: elastický modul matrice živice (ako je epoxidová živica) je iba 3-5 GPA, oveľa nižšia ako 200 GPa oceľovej výstuže.

Slabosť spojenia rozhrania: pevnosť spojenia rozhrania medzi skleneným vláknom a živicou (obvykle <10 MPa) je oveľa nižšia ako pevnosť spojenia medzi ferit a perlit v oceľových tyčí a je náchylná k prepojeniu debondingu alebo praskania matíc pod stresom.

Krehavé charakteristiky: Krivka napätia a deformácie výstuže zo sklenených vlákien vykazuje lineárnu zlomeninu, ktorá nemá výnosovú platformu pre oceľové tyče, čo vedie k zdanlivému elastickému modulu (40-60 GPA), čo je iba 1/3-2/5 z oceľových tyčí.

Posilnenie: Mechanizmus kovovej väzby a kryštálového sklzu

Vysoká rigidita esencia: Nekonátorová povaha kovových väzieb umožňuje rovnomerne rozloženie systému kryštálového sklzu v trojrozmernom priestore, čo vedie k vysokému odporu voči dislokačnému pohybu a obávaniu oceľových tyčí s vysokým elastickým modulom (200 GPA).

Regulácia plastickej deformácie: Fáza plastu deformácie oceľových tyčí uvoľňuje koncentráciu miestneho napätia prostredníctvom prestavenia dislokácie, čím sa udržiava stabilita elastického modulu.

3 、 Inžiniersky význam rozdielov výkonu

Charakteristické oceľové tyčinky so skleneným vláknom

Pevnosť v ťahu 500-900 MPa (významná výhoda) 400-750 MPa

Elastický modul 40-60 GPA (1/3-2/5 oceľové tyče) 200 GPA

Zlomenie krehkého režimu zlyhania (bez varovania) zlyhania krku (varovanie)

Uplatniteľné scenáre: Vysoké požiadavky na odolnosť proti korózii, ľahký, odolnosť

4 、 Záver

Vysoká pevnosť v ťahu skleneného vlákna výstuže je spôsobená kovalentnou štruktúrou väzby a optimalizovaným usporiadaním vlákien sklenených vlákien, zatiaľ čo nízky elastický modul je obmedzený modulom živicovej matrice, nedostatočnou pevnosťou spojenia s vláknami a pevnosťou materiálu. Táto kombinácia charakteristík jej dáva jedinečné výhody v scenároch odolnosti proti korózii, ľahkej a únavovej odolnosti, ale stále sa spolieha na oceľové posilnenie v štruktúrach, ktoré vyžadujú vysokú tuhosť alebo plastickú deformáciu. V budúcnosti sa očakáva, že prostredníctvom technológie nano modifikovanej živice alebo technológie povrchového úpravy vlákien ďalej zlepší elastický modul zosilnenia sklenených vlákien a rozširuje rozsah aplikačného rozsahu.