14. Влияние условий испытаний и нагружения

К условиям испытаний относят группу факторов, связанных с параметрами окружающей среды - температура, влажность воздуха и давление.

Влияние температуры на прочностные характеристики волокон приведено на рис. 16.

Прочность стекло - и высокосиликатных волокон (кварцевых) (рис. 16 а) при отрицательных температурах резко возрастает. Это объясняется замораживанием влаги, адсорбированной поверхностью стекла. С повышением температуры прочность стекловолокон снижается с постепенно возрастающей скоростью. Интенсивность снижения зависит от природы стекла и влажности воздуха.

а) б)

Рис. 16. Зависимость прочности волокон от температуры испытаний:

а) стеклянные и высокосиликатные волокна при отрицательных и умеренных температурах; б) при высоких и сверхвысоких температурах

1 - высокомодульное карбоволокно, 2 - высокомодульное стеклянное волокно, 3 - бороволокно, 4 - стальная, 5 - титановая, 6 – алюминиевая проволока,

7 – органоволокно.

В области высоких и сверхвысоких температур (рис. 16 б) практически для волокон любой природы наблюдается снижение прочности. Степень снижения определяется природой материала. Наименьшую зависимость прочности от температуры имеют карбоволокна, остающиеся в твердом состоянии до температуры свыше 1500 С. Для стекло- и бороволокон снижение прочности с увеличением температуры весьма существенно. Рабочий диапазон температур эксплуатации волокон этой природы не превышает 500…600 С. Стальные, титановые и алюминиевые проволочные волокна по теплостойкости существенно уступают карбо- , стекло- и бороволокнам. Наименьшую термостойкость имеют органоволокна (температура эксплуатации не более 100…300С).

Прочность стеклянных и органических волокон зависит также и от их влажности. Адсорбированная поверхностью влага снижает поверхностную энергию волокон, вызывает набухание поверхностных слоев, увеличивает напряженность материала, приводит к развитию существующих и возникновению новых микротрещин, что ухудшает прочностные характеристики. Прочность стеклянных волокон снижается тем больше, чем выше влажность среды и больше продолжительность действия влаги. Углеродные, борные, металлические волокна и их прочностные характеристики значительно менее чувствительные к действию влаги, чем органические и стеклянные.

Избыточное давление среды на механические свойства волокон любой природы практического влияния не оказывает. Вакуумирование стеклянных и органоволокон, чувствительных к действию влаги, может существенно (в 1,5…2 раза) повысить их прочность. Это связано с удалением влаги с поверхности волокна.

В зависимости от направления приложения нагрузки к волокну или нити прочностные характеристики существенно отличаются, что является причиной анизотропии свойств и структуры подобных материалов. Как правило, прочность на разрыв (Р_р, _р) вдоль волокон больше, чем по их сечению.

4. Тканые армирующие наполнители

1. Классификация наполнителей

Для получения слоистых композитов в качестве армирующих элементов используют тканые армирующие наполнители (ТАН) из высокопрочных текстильных форм волокон различной природы 6. Под ткаными материалами понимают материалы, полученные переплетением нитей волокон, жгутов и т.п. под прямым углом. Классификация ТАН иерархична. Известно достаточно много признаков, по которым проводят их классификацию. Основными признаками являются: 1) по типу применяемого сырья (материаловедческий); 2) по типу переплетения (конструктивный); 3) по видам текстильной формы. Известна также классификация тканей по характеру отделки, выработки, расцветки; по способу производства и виду основной обработки и др. Классификация тканей по основным признакам, применительно к производству композитов, приведена на рис. 17.

Рис. 17. Классификация ТАН