Leistung und Analyse von Glasfaserverbundwerkstoffen

Im Vergleich zu Stahl sind glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe leichter und haben eine Dichte von weniger als einem Drittel der Dichte von Stahl.Im Hinblick auf die Festigkeit erfahren die Stahlstäbe jedoch bei einer Spannung von 400 MPa eine Streckgrenze, während die Zugfestigkeit von Glasfaserverbundwerkstoffen 1000–2500 MPa erreichen kann.Im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkstoffen weisen Glasfaserverbundwerkstoffe eine heterogene Struktur und offensichtliche Anisotropie mit komplexeren Versagensmechanismen auf.Experimentelle und theoretische Forschung unter verschiedenen Arten von Belastungen kann ein umfassendes Verständnis ihrer mechanischen Eigenschaften liefern, insbesondere wenn sie in Bereichen wie der nationalen Verteidigungsausrüstung und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, wo eine eingehende Forschung zu ihren Eigenschaften und mechanischen Eigenschaften erforderlich ist, um ihren Anforderungen gerecht zu werden Nutzungsumgebung.

Im Folgenden werden die mechanischen Eigenschaften und die Post-Schadens-Analyse von Glasfaserverbundwerkstoffen vorgestellt und Hinweise für die Anwendung dieses Materials gegeben.

(1) Zugeigenschaften und Analyse:

Untersuchungen haben gezeigt, dass die mechanischen Eigenschaften von glasfaserverstärkten Epoxidharz-Verbundwerkstoffen zeigen, dass die Zugfestigkeit in paralleler Richtung des Materials viel größer ist als die in vertikaler Richtung der Faser.Daher sollte im praktischen Einsatz die Richtung der Glasfaser so weit wie möglich mit der Zugrichtung übereinstimmen, um ihre hervorragenden Zugeigenschaften voll auszunutzen.Im Vergleich zu Stahl ist die Zugfestigkeit deutlich höher, allerdings ist die Dichte deutlich geringer als bei Stahl.Es ist ersichtlich, dass die umfassenden mechanischen Eigenschaften von Glasfaserverbundwerkstoffen relativ hoch sind.

Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Menge an Glasfasern, die thermoplastischen Verbundwerkstoffen zugesetzt werden, die Zugfestigkeit des Verbundwerkstoffs allmählich erhöht.Der Hauptgrund liegt darin, dass mit zunehmendem Glasfaseranteil mehr Glasfasern im Verbundwerkstoff äußeren Kräften ausgesetzt sind.Gleichzeitig wird durch die Erhöhung der Anzahl der Glasfasern die Harzmatrix zwischen den Glasfasern dünner, was die Konstruktion glasfaserverstärkter Rahmen begünstigt.Daher führt die Erhöhung des Glasfasergehalts dazu, dass in Verbundwerkstoffen unter äußeren Belastungen mehr Spannung vom Harz auf die Glasfaser übertragen wird, wodurch sich deren Zugeigenschaften effektiv verbessern.

Untersuchungen zu Zugversuchen von Glasfaser-ungesättigten Polyester-Verbundwerkstoffen haben durch Rasterelektronenmikroskopie des Zugabschnitts gezeigt, dass die Versagensart von Glasfaser-verstärkten Verbundwerkstoffen das kombinierte Versagen von Fasern und Harzmatrix ist.Die Bruchfläche zeigt, dass auf dem Zugabschnitt eine große Anzahl von Glasfasern aus der Harzmatrix herausgezogen wird und die Oberfläche der aus der Harzmatrix herausgezogenen Glasfasern glatt und sauber ist und nur sehr wenige Harzfragmente an der Oberfläche haften der Glasfasern ist die Leistung Sprödbruch.Durch die Verbesserung der Verbindungsschnittstelle zwischen Glasfasern und Harz wird die Einbettungsfähigkeit der beiden verbessert.Im Zugabschnitt sind die meisten Matrixharzfragmente mit einer stärkeren Bindung von Glasfasern zu erkennen.Eine weitere Vergrößerungsbeobachtung zeigt, dass sich eine große Anzahl von Matrixharzen an der Oberfläche der extrahierten Glasfasern festsetzt und eine kammartige Anordnung aufweist.Die Bruchfläche weist einen duktilen Bruch auf, wodurch bessere mechanische Eigenschaften erzielt werden können.

(2) Biegeleistung und Analyse:

Dreipunkt-Biegeermüdungstests wurden an unidirektionalen Platten und Harzgusskörpern aus glasfaserverstärkten Epoxidharz-Verbundmaterialien durchgeführt.Die Ergebnisse zeigten, dass die Biegesteifigkeit der beiden mit zunehmender Ermüdungsdauer weiter abnahm.Allerdings war die Biegesteifigkeit glasfaserverstärkter unidirektionaler Platten viel höher als die von Gusskörpern, und die Biegesteifigkeit nahm langsamer ab.Im Laufe der Zeit traten häufiger Ermüdungszeiten von Rissen auf, was darauf hindeutet, dass Glasfasern einen verstärkten Einfluss auf die Biegeleistung der Matrix haben.

Mit der Einführung von Glasfasern und der sukzessiven Erhöhung des Volumenanteils erhöht sich auch die Biegefestigkeit von Verbundwerkstoffen entsprechend.Bei einem Faservolumenanteil von 50 % ist die Biegefestigkeit am höchsten und liegt um 21,3 % über der ursprünglichen Festigkeit.Wenn der Faservolumenanteil jedoch 80 % beträgt, nimmt die Biegefestigkeit von Verbundwerkstoffen deutlich ab, was geringer ist als die Festigkeit der Probe ohne Fasern.Es wird allgemein angenommen, dass die geringe Festigkeit des Materials auf interne Mikrorisse und Hohlräume zurückzuführen sein kann, die die effektive Lastübertragung durch die Matrix auf die Fasern blockieren, und dass sich Mikrorisse unter äußeren Kräften schnell ausdehnen, um Fehler zu bilden, was letztendlich zu Schäden führt Die Grenzflächenbindung dieses Glasfaserverbundmaterials beruht hauptsächlich auf dem viskosen Fluss der Glasfasermatrix bei hohen Temperaturen, um die Fasern zu umwickeln, und überschüssige Glasfasern behindern den viskosen Fluss der Matrix erheblich, was zu einer gewissen Beschädigung der Kontinuität zwischen ihnen führt die Schnittstellen.

(3) Durchdringungswiderstandsleistung:

Die Verwendung hochfester glasfaserverstärkter Verbundwerkstoffe für die Vorder- und Rückseite der Reaktionspanzerung bietet im Vergleich zu herkömmlichem legiertem Stahl eine bessere Durchdringungsfestigkeit.Im Vergleich zu legiertem Stahl weisen Glasfaserverbundwerkstoffe für die Vorder- und Rückseite von Sprengstoffpanzerungen nach der Detonation kleinere Restfragmente ohne jegliche Tötungsfähigkeit auf und können die sekundäre Tötungswirkung von Sprengstoffpanzerungen teilweise beseitigen.