Pse forca elastike e përforcimit të tekstil me fije qelqi është shumë më e lartë se ajo e përforcimit të çelikut, por moduli elastik është më i ulët? Cili është mekanizmi i tij mekanik?

Forca elastike e përforcimit të tekstil me fije qelqi është shumë më e lartë se ajo e përforcimit të çelikut, por moduli elastik i tij është më i ulët, që është për shkak të ndryshimeve thelbësore në përbërjen e tij materiale, mikrostrukturën dhe mekanizmin mekanik. Më poshtë është një analizë e hollësishme nga këndvështrimi i parimeve shkencore:

1 、 Mekanizmi thelbësor i ndryshimit në forcën elastike

Përforcimi i tekstil me fije qelqi: Lidhjet kovalente dhe mekanizmi i përforcimit të fibrave

Baza e materialit: Përforcimi i fibrave të qelqit është bërë nga fibra qelqi si faza e përforcimit (duke llogaritur 60% -70% sipas vëllimit), dhe përbërësi i tij thelbësor është një strukturë e rrjetit silicë (Sio ₂), e cila formon një grilë me forcë të lartë përmes lidhjeve kovalente.

Burimi i forcës:

Energjia e frakturës së fibrës së qelqit: Energjia e frakturës së fibrës së qelqit është aq e lartë sa 7.0-9.5 kJ/m ², duke tejkaluar shumë më shumë energjinë e frakturës së lidhjeve metalike në shufrat e çelikut (rreth 2.5-4.0 kJ/m ²).

Optimizimi i rregullimit të fibrave: Fijet janë rregulluar në mënyrë të rregullt përgjatë drejtimit boshtor, dhe ngarkesa transmetohet në mënyrë efikase në fibra përmes matricës së rrëshirës, ​​duke arritur stresin e përqendruar që mban përgjatë drejtimit të fibrave.

Krahasimi i të dhënave: Forca elastike e përforcimit të tekstil me fije qelqi mund të arrijë 500-900 MPa, ndërsa ajo e përforcimit të zakonshëm të çelikut (HRB400) është 400-600 MPa, dhe përforcimi i çelikut me forcë të lartë (HRB600) është vetëm 600-750 MPa.

Përforcimi: Mekanizmi i forcimit të lidhjes metalike dhe zhvendosjes

Fondacioni Material: Shufrat e çelikut janë bërë nga aliazh karboni i hekurit, i cili formohet në një strukturë pearlite ferrite përmes proceseve të nxehta të rrotullimit ose vizatimit të ftohtë. Natyra jo e drejtuar e lidhjeve metalike i jep ato me kapacitet të njëtrajtshëm tre-dimensional të ngarkesës.

Burimi i forcës:

Rezistenca e lëvizjes së zhvendosjes: Forcimi i ngurtë i atomit të karbonit dhe struktura lamelare e pearlitit pengojnë rrëshqitjen e zhvendosjes, por energjia e frakturës së lidhjeve metalike kufizon forcën e tyre teorike kufirin e sipërm.

Kontributi i deformimit plastik: Zgjatja në prishjen e shufrave të çelikut mund të arrijë 15% -25%. Gjatë fazës së deformimit plastik, energjia thithet përmes përhapjes së zhvendosjes, por sakrifikohet një forcë teorike.

2 、 Mekanizmi thelbësor i ndryshimit në modulin elastik

Përforcimi i tekstil me fije qelqi: Matrica e rrëshirës dhe efekti i ndërfaqes

Kufizimi i modulit të matricës: Moduli elastik i matricës së rrëshirës (siç është rrëshira epoksi) është vetëm 3-5 GPA, shumë më i ulët se 200 GPA e përforcimit të çelikut.

Dobësia e lidhjes së ndërfaqes: Forca e lidhjes së ndërfaqes midis fibrës së qelqit dhe rrëshirës (zakonisht <10 MPa) është shumë më e ulët se forca e lidhjes midis ferritit dhe pearlitit në shufrat e çelikut, dhe është e prirur të ndërfaqet debondimi ose goditja e matricës nën stres.

Karakteristikat e brishtë: Kurba e stresit të stresit të përforcimit të tekstil me fije qelqi tregon frakturë lineare, duke mos pasur një platformë rendimenti për shufrat e çelikut, duke rezultuar në një modul elastik të dukshëm (40-60 GPA) që është vetëm 1/3-2/5 e asaj të shufrave të çelikut.

Përforcimi: Lidhja metalike dhe mekanizmi i rrëshqitjes së kristalit

Thelbi i ngurtësisë së lartë: Natyra jo e drejtuar e lidhjeve metalike mundëson që sistemi i rrëshqitjes kristal të shpërndahet në mënyrë të njëtrajtshme në hapësirën tre-dimensionale, duke rezultuar në rezistencë të lartë ndaj lëvizjes së zhvendosjes dhe duke përfunduar shufrat e çelikut me modul të lartë elastik (200 GPa).

Rregullimi i deformimit plastik: Faza e deformimit plastik të shufrave të çelikut lëshon përqendrimin lokal të stresit përmes rirregullimit të zhvendosjes, duke ruajtur qëndrueshmërinë e modulit elastik.

3 、 Rëndësia inxhinierike e ndryshimeve të performancës

Shufra çeliku të përforcuar me fibra qelqi

Forca elastike 500-900 MPa (avantazh i rëndësishëm) 400-750 MPA

Modul elastik 40-60 GPA (1/3-2/5 shufra çeliku) 200 GPA

Mënyra e dështimit Fraktura e brishtë (pa paralajmërim) Dështimi i pavarur i qafës (paralajmërimi)

Skenarët e zbatueshëm: Kërkesa të larta për rezistencën ndaj korrozionit, peshën e lehtë, rezistencën e lodhjes, deformimin plastik dhe rezistencën sizmike

4 、 Përfundim

Forca e lartë tërheqëse e përforcimit të fibrave të qelqit është për shkak të strukturës kovalente të lidhjes dhe rregullimit të fibrave të optimizuara të fibrave të qelqit, ndërsa moduli i ulët elastik është i kufizuar nga moduli i matricës rrëshirë, forca e lidhjes së ndërfaqes së paaftë të fibrave dhe brishtësisë së materialit. Ky kombinim i karakteristikave i jep asaj avantazhe unike në skenarët e rezistencës së korrozionit, peshës së lehtë dhe të rezistencës së lodhjes, por prapë mbështetet në përforcimin e çelikut në strukturat që kërkojnë ngurtësi të lartë ose deformim plastik. Në të ardhmen, përmes teknologjisë së trajtimit të rrëshirës ose sipërfaqes së fibrave të modifikuar nano, pritet të përmirësojë më tej modulin elastik të përforcimit të fibrave të qelqit dhe të zgjerojë gamën e tij të aplikimit.