Особенности однонаправленных волокнистых композитов
Преимущественные механические свойства проявляются в полимерах, наполненных параллельными волокнами. При этом образовываются однонаправленные полимерные слои, из совокупности которых и формируются слоистые композитные материалы путем их укладки в разных направлениях.
В условиях нагружения вдоль волокон механические свойства однонаправленных композитов повышаются.
При нагружении их поперек волокон, ситуация становится критической, механические характеристики полимеров резко понижаются. Прочность связи компонентов композитного изделия в таких условиях недостаточна, в результате чего материалы, а следовательно, и соединения на их основе имеют низкие механические характеристики в условиях поперечного нагружения и сдвигов. Это является главным недостатком однонаправленных волокнистых полимеров.
Прочность однонаправленного композитного изделия
Прогнозирование прочности однонаправленного композита в условиях нагружения важно при проектировании изделий, при этом определяются деформационные свойства компонентов и прочность адгезивной связи между ними.
Показатели прочности однонаправленного слоистого полимера рассчитываются путем измерения напряжений и в его компонентах, и в композите как цельном однородном материале.
Исследование способности выдерживать нагрузки и напряжения в каждом слое композита включает изучение его поведения посредством процессов продольных и поперечных сжатий и растяжений. В этих условиях определяются особенности процесса деформирования композита перед разрушением, и результаты проведения исследований учитываются в дальнейшем проектировании, непосредственном производстве и эксплуатации готовых композитных изделий.
В композите, состоящем из нескольких слоев, они, слои, находятся в сложном напряженном состоянии. Подобный эффект имеет место в случае, когда слои ориентированы в разных направлениях. Разрушение слоистого композитного изделия наступает в случае разрушения однонаправленных слоев в отдельности.
При увеличении объема содержания волокон в полимерном композите повышается его прочность и модуль упругости. Однако важно учитывать предельное содержание волокон (60-70%), при превышении границ плотность и монолитность композиции могут быть нарушены.
Показатели прочности однонаправленных композитов находятся в прямой зависимости от механических свойств его структурных составляющих и их количественного соотношения. На прочность полимеров, помимо их компонентов, влияют особенности и условия непосредственно производственного процесса и параметры внешней среды.
Проектирование композитного изделия направлено на установление совершенной связи между компонентами, которая не приводит к образованию химических реакций на поверхностях раздела, к диффузии веществ или к их растворению.