2814
.pdf
ИСПЫТАНИЯ НА ИЗГИБ ОБРАЗЦОВ КОМПОЗИТОВ ТИПА ОКСИД-МОЛИБДЕН*
Композиты с хрупкой оксидной матрицей и относительно вязким во локном (молибденовой проволокой) получены путем заливки пучка воло кон расплавом материала матрицы, перегретым на 100°С относительно точки плавления (рис. 3).
Рис. 3. Поверхности разрушения компози тов; матрицы АЬОз + Z r0 2 + 6,8% У20з
(а), А120 3 + Z r02 + 2,5% MgO (б), А120 3 + Z r02 + 6% MgO (в)
Казьмин В.И., Милейко С.Т., Твардовский В.В. Разрушение модельного композита с керамической матрицей // Механика композитных материалов. — 1988. — № 2 . — С 206-220.
ОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ОРГАНОПЛАСТИКОВ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ РАСТЯЖЕНИИ И СЖАТИИ
В НАПРАВЛЕНИЕ! АРМИРОВАНИЯ*
б
Рис. 4 Вид разрушения органопластика: а — при поперечном растяжении (увеличение 3000 х ) и б — при сжатии (увеличение 10000 х)
При сжатии разрушение носит сдвиговой характер. Особенность разрушения состоит в том, что волокна в плоскости разрушения не среза ются, а только изгибаются. В результате искривления волокон в сжатой зоне волокна образуются кольцеобразные поперечные складки, и одновре менно происходит продольное расщепление волокна с образованием попе речных тя#ей между берегами трещины (см. рис. 4, б).
*Перов Б.В. Скудра А.М., Машинская Г.П. и др. Особенности разрушения органопла стиков и их влияние на прочность /7 Механика композитных материалов. — 1979 — .Ng 2 — С. 317-321
Экспериментально установлено, что для органических волокон ха рактерны очень низкие жесткость и прочность в поперечном направлении. Об этом свидетельствуют микрофотографии разрушения и деформирова ния волокон типа СВМ, приведенные на рис. 5.
На рис. 5, а показан вид поперечного растрескивания волокон в слу чае осевого растяжения. Из рисГ 5, б видно, что при поперечном сжатии волокна «пластически» деформируются и первоначально круглое попереч ное сечение превращается в прямоугольное.
|
Органическое |
волокно со |
|
|
стоит из фибрилл. В связи с мак |
||
|
ронеоднородностью полимера по |
||
|
является различие НДС соседних |
||
|
структурных элементов, которое |
||
Рис. 6. Вид разрушения органопластика при |
вызывает возникновение в гра- |
||
растяжении в направлении армирования |
ничной |
области |
напряжений |
сдвига, приводящих к расщепле нию волокна.
Расщепление волокон, очевидно, сопровождается одновременным обрывом отдельных наиболее напряженных фрагментов волокна, после че го нагрузка воспринимается следующим пучком фибрилл и т.д. вплоть до полного разрушения, сопровождающегося интенсивным расщеплением и распушиванием образца. Характерный вид такого распушения показан на рис. 6.*
*Перов Б В., Скудра AM., Машинская Г.П. и др. Особенности разрушения органопла стиков и их влияние на прочность // Механика композитных материалов. — 1979. — № 2 — С. 317-321.
54
ОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ОРГАНОПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИ-ПАРА-ФЕНИЛЕНТЕРЕФТАЛАМР1ДА (ПФТА)"
Исследовалось разрушение однонаправленных микропластиков и кольцевых образцов на основе некрученых комплексных нитей ПФТА и эпоксидного связующего ЭДТ-10.
Рис. 8. Микрофотография разрушения однонаправ ленного микропластика
Рис. 7 Микрофотографии разрушения кольцевого образца
Волокна разрушаются на тонкие фибриллярные образования (рис. 8). Такое разрушение вызвано чередованием аморфных и кристаллических участков в молекулярной структуре ПФТА-волокон. Для ПФТА-волокон типичным является разрушение, происходящее непосредственно по грани це волокно — связующее (рис. 7), в редких случаях на матрице остается часть волокна, так как адгезионная прочность ПФТА-волокон со связую щим ЭДТ-10 меньше, чем прочность ПФТА-волокон при растяжении в по перечном направлении.
'Кузьмин В.Н., Андреев А.С , Добровольская И.П и др Особенности разрушения ком позитных материалов на основе арамидны.х волокон Механика композитных мате риалов.— 1985 — > 4 — С. 736-738.
Образец: однонаправленный композит, состоящий из комплексных боростеклянных (КБСН-7/4) нитей в сочетании с эпоксиполиизоционатным связующим.
Образца размером 50 х 10 х 6 мм имели форму поперечного сечения в виде двутавра.
Рис. 10. Электронно-микроскопические фотографии поверхностей расслоения боропластиков на основе КБСН-7/4 при температуре 20°С (а), 160°С (б); увеличение 100 \
'Кобец Л.П., Михайлов В.В , Надежина О.Н. О механизме разрушения карбо- и боропластиков при межслойном сдвиге // Механика композитных материалов — 19S3 — Ху 2 — С 251-256.
Углеалюминий получен методом принудительной пропитки волокон расплавом матрицы (рис. 11).
|
Рис. 1 1 . Качественно различные по |
|
верхности разрушения углеалюминия |
|
при трех характерных уровнях физи |
|
ко-химического взаимодействия ком |
|
понентов: |
|
а — сильное расслоение по границам |
|
компонентов, выдергивания волокон, |
|
низкая прочность связи между компо |
|
нентами (1 2 -2 0 МПа); |
|
б — характерный щеповидный вид |
|
излома, прочность связи 40-50 МПа; |
|
в — хрупкое разрушение композита |
|
при высокой прочности связи (60 |
в |
МПа) |
|
Анализ поверхности раздела волокон и матрицы и сопоставление прочности их связи с данными прочностных испытании отдельных воло кон, вытравленных из образца бороалюминия, показал, что при отсутствии разупрочнения волокон бора изменение значений прочности композита связано с изменением прочности соединения компонентов и характером их связи.
Рис. 12. Поверхности разрушившихся и отслоившихся волокон: а — без следов матри цы на боковой поверхности; б — со следами матрицы на боковой поверхности; в — от сутствие отслоения разрушившихся волокон
При относительно небольшой прочности связи разрушение характе ризуется макроизломом, вытянутым в осевом направлении. На поверхно сти разрушения наблюдается большое количество выдернутых волокон с явными следами отслоения от них алюминиевой матрицы (рис. 12, а).
Увеличение прочности соединения компонентов приводит к локали зации процесса разрушения на меньшей длине. В этом случае уже не на блюдается явных следов отслоений (рис. 12, б).
При образовании сплошного слоя интерметаллидов на поверхности раздела компонентов наблюдается хрупкое разрушение материала с харак терной локализацией области макроразрушения (рис. 12, в).
Эксперименты на усталостное разрушение композитов Mg-8%Li (матрица) - АТ-3 (волокна) и Mg-8%Li (матрица) - У8А (волокна).
В момент разрушения матрица отрывается от волокна в результате локализации в нем деформации (рис. 13, а). Однако отрыв не всегда про исходит по границе раздела волокно — матрица, иногда он происходит по матрице. Это указывает на сложный характер взаимодействия матрицы с волокном. Фрактография протравленных изломов показывает, что ниже места отслоения матрицы от волокна граница раздела очень плотная (рис. 13, б). В результате исследования усталости композитов со стальными во локнами показано, что при повышении амплитуды напряжений выше пре дела усталости матрицы последняя разрушается; вся нагрузка передается на волокна, которые разрушаются от статических нагрузок (рис. 13, в).*
* Гимельфарб Ф.А Современные методы контроля композиционных материалов. — М.. Наука, 1978.— 420 с.