Тема: ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ, АРМИРОВАННЫХ СТЕКЛОВОЛОКНОМ

Сегодня во всем мире одним из основных направлений в промышленном прогрессе является замена металла в изделиях на другие композиционные материалы. Полимерные композиционные материалы сейчас очень востребованы в промышленности. Развитие современных технологий требует создания различных новых изделий из полимерных материалов, обладающих, кроме высоких технологических и эксплуатационных характеристик, способностью сохранять свои свойства при воздействии различных деструктивных факторов. Наблюдается увеличение ассортимента полимерных материалов, увеличиваются требования к их качеству, предъявляемые к физико-механическим показателям, а также к способам переработки с использованием современных энергосберегающих и экологически чистых методов.
Существует две основных компоненты полимерных композиционных материалов: матрица и армирующий наполнитель. Основные свойства композита, такие как прочность, модуль упругости при растяжении во многом определяются свойствами армирующего наполнителя. В виде армирующих наполнителей применяются стеклянные, углеродные, металлические и другие волокна. Стеклянные и углеродные волокна имеют свои плюсы: у углеродных высокий уровень прочности, модуль упругости и электропроводности, а среди достоинств стеклянных волокон можно выделить низкую стоимость, высокую теплостойкость, и низкую теплопроводность.
В полимерном композиционном материале каждая из компонент выполняет свою функцию, она должна придавать оптимальные свойства всей композиции в каждом конкретном случае. Композиционные материалы представляют собой гетерогенные системы, обладающие ярко выраженной анизотропией свойств, как в отношении деформации, так и в отношении прочности.
Армирующие компоненты и композиционные материалы с точки зрения механических свойств разделяют на две группы: анизотропные и изотропные композиты:
• изотропные - имеют одинаковые свойства во всех направлениях;
• анизотропные, свойства которых зависят от направления.
Изотропными и характеризующимися низкой степенью анизотропии материалами являются: поликристаллы, камни, бетон, некоторые пластмассы.
Анизотропные материалы отличаются неодинаковыми свойствами по различным направлениям. К анизотропным материалам относятся: кристаллы и монокристаллы, заготовки сплавов и сталей, фанера, древесина, волокнистые материалы, армированные пластики, графит и другие .
Применение анизотропных материалов позволяет сократить расход материалов и улучшить качество изделий; например, в машиностроении возможно изготавливать детали и конструкции с повышенной прочностью. Трансформаторы с сердечниками из неоднородной по свойствам текстурованной стали, в которой магнитный поток совпадает с направлением наиболее лёгкого намагничивания, весят на 20-40% меньше, чем трансформаторы с сердечниками из обычной горячекатаной стали. Отливка лопаток газотурбинных двигателей с направленной структурой повышает их длительную прочность при высоких температурах на 50%, ударную вязкость в 2—3 раза, увеличивает срок службы в 3—5 раз в сравнении с лопатками, отлитыми обычными методами.
Полимерные композиты армированные стекловолокном широко используется в авиастроении. Высокая механическая прочность, хорошие электро-и теплоизоляционные свойства, разнообразие и простота технологических методов изготовлений изделий, доступность и относительная низкая стоимость стеклянных наполнителей - все это позволило внедрить использования стеклопластиков.
Интерес к использованию стекол и стеклокерамики в качестве матриц композитов обусловлен их малой массой, высокими температурами эксплуатации, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой химической и коррозионной стойкостью при воздействии агрессивных сред, а также низкой стоимостью сырья и простотой методов изготовления. Разнообразие химических составов стеклокерамики открывает возможность варьирования в широких пределах физико-химических и термических свойств получаемых композитов - плотности, термического расширения, механической прочности, упругих характеристик.
Следует отметить, что стекло/стеклокристаллические матрицы уступают керамическим, которые в своем большинстве имеют более высокое механические свойства и температуры эксплуатации. Однако с точки зрения технологии композитов стекло обладает большим преимуществом, его низкая вязкость в области температур 800-1400о С позволяет получать материал при значительно меньших температурах обжига, более сложной формы, а также предотвращать деградацию наполнителя в процессе синтеза. Поэтому в состовной броне используют различные композиты из стеклопластиков как подложку за керамическими пластинами .
С учетом преимущественно высокотемпературного применения композитов в качестве стекловидных и стеклокристаллических матриц используют тугоплавкие стекла и ситаллы силикатных и алюмосиликатных систем (В2О3- ЖО- 81О2, П2О- АШ- Б1О (LAS), СаО- АСОз- Б1О (CAS), ВаО- А2О3- 81О (BAS), 8гО- АШ- SiCfe (SAS), MgO- А2О3- 81О (MAS)) и их комбинации, например, MLAS и BMAS или стронций-цельзиановые (BaO-SrO- Al2О3- 8Ю2). Кроме вышеперечисленных (наиболее распространённых) матриц применяют стекла других систем, например свинцовосиликатных и оксинитридных. В последнее время в качестве одного из наиболее перспективных направлений рассматривается также создание биокомпозитов на основе фосфатных стекол.
Цель этой работы - исследовать особенности процессов деформации и разрушения в полимерных композитах, армированных стекловолокном S2, при их динамическом нагружении.

Купить

Получены волновые картины деформирования, а также зоны разрушения для случаев нагружения преград из анизотропных полимерных композитов, армированных стекловолокном S2 для трех диапазонов скоростей ударного нагружения: вызывающих только упругие деформации, откольное разрушение и значительное разрушение в разных слоях. Сравнение результатов, полученных численно и в натурных экспериментах, показывает, при ударном нагружении выше скорости 133,2 м/с разрушение слоя тыльной поверхности преграды из S2-стеклоткани приводит к невозможности записи профиля скорости тыльной поверхности преграды лазерным интерферометром VISAR, что и было отмечено в результатах обработки натурных экспериментов другими авторами.
Купить