Zakaj je natezna trdnost ojačitve iz steklenih vlaken veliko večja kot pri ojačitvi jeklene ojačitve, vendar je elastični modul nižji? Kakšen je njen mehanski mehanizem?

Natezna trdnost ojačitve iz steklenih vlaken je veliko večja kot pri ojačitvi jekla, vendar je njen elastični modul nižji, kar je posledica bistvenih razlik v njegovi sestavi materiala, mikrostrukturi in mehanskem mehanizmu. Spodaj je podrobna analiza z vidika znanstvenih načel:

1 、 Jedro mehanizem razlike v natezni trdnosti

Okrepitev vlaken: kovalentne vezi in mehanizem ojačitve vlaken

Osnova materiala: Ojakno iz steklenih vlaken je izdelana iz steklenih vlaken kot faze ojačitve (ki predstavlja 60% -70% glede na volumen), njegova temeljna komponenta pa je omrežna struktura silicijevega dioksida (SiO ₂), ki tvori visoko trdno rešetko skozi kovalentne vezi.

Vir moči:

Energija zloma steklenih vlaken: Zlom zloma steklenih vlaken znaša 7,0-9,5 kJ/m ², kar presega energijo loma kovinskih vezi v jeklenih palicah (približno 2,5-4,0 kJ/m ²).

Optimizacija vlaken: Vlakna so urejena na urejen način vzdolž osne smeri, obremenitev pa se učinkovito prenaša na vlakna skozi matrico smole, pri čemer dosežemo koncentrirani stres vzdolž smeri vlaken.

Primerjava podatkov: Natezna trdnost armature iz steklenih vlaken lahko doseže 500-900 MPa, medtem ko je navadna jeklena ojačitev (HRB400) 400-600 MPa, okrepitev jeklene visoke trdnosti (HRB600) pa le 600-750 MPa.

Okrepitev: mehanizem za krepitev kovinske vezi in dislokacije

Materialna podlaga: Jeklene palice so narejene iz železove ogljikove zlitine, ki se oblikuje v feritno biserno konstrukcijo s pomočjo vročega valjanja ali hladnih risalnih procesov. Nesmerna narava kovinskih vezi jih obdari z enakomerno tridimenzionalno nosilnostjo.

Vir moči:

Odpornost z dislokacijo gibanja: Ogljikova atom trdna raztopina krepitev in lamelarna struktura biserja ovirata dislokacijsko zdrs, vendar energija loma kovinskih vezi omejuje njihovo teoretično trdnost zgornja meja.

Prispevek plastične deformacije: Raztezanje pri prelomu jeklenih palic lahko doseže 15% -25%. Med fazo plastične deformacije se energija absorbira s širjenjem dislokacije, vendar je žrtvovana neka teoretična moč.

2 、 Jedro mehanizem razlike v elastičnem modulu

Ojaknjenje steklenih vlaken: matrica smole in učinek vmesnika

Omejitev matričnega modula: Elastični modul matrice smole (kot je epoksidna smola) je le 3-5 GPa, precej nižji od 200 GPa jeklene ojačitve.

Slabost vezi vmesnika: Moč vmesnika med steklenimi vlakninami in smolo (običajno <10 MPa) je veliko nižja od trdnosti vezi med feritom in biserom v jeklenih palicah in je nagnjena k raztrebemi vmesnika ali matričnemu razpoku pod stresom.

Krhke značilnosti: krivulja napetosti in napetosti armature iz steklenih vlaken kažejo linearni zlom, ki nima donosne ploščadi za jeklene palice, kar ima za posledico očiten elastični modul (40-60 GPa), ki je le 1/3-2/5 iz jeklenih palic.

Okrepitev: Mehanizem kovinske vezi in kristalni zdrs

Essence z visoko togostjo: Nesmerna narava kovinskih vezi omogoča, da se sistem kristalnega zdrsa enakomerno porazdeli v tridimenzionalnem prostoru, kar ima za posledico visoko odpornost na dislokacijsko gibanje in obdarjene jeklene palice z visokim elastičnim modulom (200 GPa).

Regulacija plastične deformacije: faza plastične deformacije jeklenih palic sprošča lokalno koncentracijo napetosti s preureditvijo dislokacije, kar ohranja stabilnost elastičnega modula.

3 、 Inženirski pomen razlik v uspešnosti

Značilne jeklene palice, ojačene z steklenimi vlakninami

Natezna trdnost 500-900 MPa (pomembna prednost) 400-750 MPA

Elastični modul 40-60 GPa (1/3-2/5 jeklene palice) 200 GPa

Način okvare krhki zlom (brez opozorila) duktilna okvara v vratu (opozorilo)

Veljavni scenariji: visoke zahteve za korozijsko odpornost, lahka, odpornost na utrujenost, deformacijo plastike in potresno odpornost

4 、 Sklep

Visoka natezna trdnost ojačitve steklenih vlaken je posledica kovalentne strukture vezi in optimiziranega razporeditve vlaken steklenih vlaken, medtem ko je nizki elastični modul omejen z modulom matrice smole, nezadostna trdnost vezi v vlakno in materialno čvrvesnost. Ta kombinacija značilnosti ji daje edinstvene prednosti v scenarijih proti koroziji, lahkih in utrujenosti, vendar se še vedno opira na jekleno ojačitve v konstrukcijah, ki zahtevajo visoko togost ali plastično deformacijo. V prihodnosti naj bi s pomočjo Nano spremenjene tehnologije za obdelavo površin ali vlaken še bolj izboljšalo elastični modul ojačitve steklenih vlaken in razširil njegovo območje uporabe.