19. Композиції, армовані перервним волокном.

Композиции, армированные прерывным волокном

Поведение композиций, армированных прерывными волокнами с длиной отрезков L, при деформации отличается от поведения композиций, армированных непрерывными волокнами, если длина L превосходит во много раз критическое значение L_кр. В несу­щей разрывную нагрузку композиции напряжения на концах волокон ограниченной длины меньше максимальных напряжений в непрерыв­ных волокнах. На отрезки волокон по их длине действуют неоди­наковые растягивающие напряжения: на концах отрезков они равны нулю, а в эффективной части волокон достигают максимальных значе­ний. Это обусловлено тем, что нагрузка передается волокну каса­тельными напряжениями на поверхности раздела между волокном и матрицей. Если длина прерывных волокон достаточна для их дефор­мирования, то она равна критической. При длине волокон меньше критической, волокна в процессе деформации не разрушаются, а вы­скакивают из матрицы. Не эффективная концевая часть, на которой напряжение уменьшается от максимального L до нуля, равна L_кр/2

Рис.4. Модель для аналитического определения неэффективной длины дискретной арматуры.

Определив параметр β как отношение площади, ограниченной кривой распределения напряжения на длине L_кр/2 к площади прямоугольника со сторонами L_кр/2 и σ_fmax , можно найти среднее напряжение в волокне:

σ_f = σ_f [1-(1-β) L_кр/L]

Таким образом, выражение для определения процесса прочности при растяжении композиционного материала, армированного дискретными волокнами, примет вид:

σ_f = [1-(1-β) L_кр/L]* σ_fV_f + σ_m V_m

Если растягивающее напряжение на волокне нарастает линейно по мере удаления от его концов, то β=1/2 и, следовательно:

σ_c = σ_f [1- L_кр/2L]* σ_fV_f + σ_m^’ V_m

Или

σ_c = σ_f [1- L_кр/2L]* σ_fV_f + σ_m^’ (1-V_f)

Это значит, что при длине отрезков волокна, равной критической, в композиции реализуется лишь 50% полезной прочности волокна, а для использования 95% прочности волокнистой арматуры нужно, чтобы L=10L_kp. Среднее напряжение в коротких волокнах всегда будет меньше, чем в непрерывных, поскольку напряжения от волокна к волок­ну определяются через матрицу.Как и в случае композиций, армированных непрерывным волокном, для достижения эффективного упрочнения объемом доля прерывных волокон должна быть выше критической Vкр

Определить Vкр можно из уравнения Vkp=(σ_m – σ_m^’)/ (σ_f (1- L_кр/2L) – σ_f^’)

приняв σ_c > σ_m

В прочности композиций, армированных: прерывными волокнами, оп­ределенную роль играет ориентация волокон. Установлено, что если угол разориентации дискретных волокон больше 8°, то прочность (ани­зотропная) композиции будет значительно меньше по сравнению с прочностью композиции, армированной непрерывными волокнами.

20. Конвективний і терморадіаційний способи отвердження покриттів.

Нагревание изделия применяется на практике для ускорения формирования покрытий как непревращаемого, так и особенно превращаемого типов. По способу подвода тепла к покрытию различают следующие способы отверждения: конвективный, терморадиационный, индукционный. Наибольшее применение получили первые два; они хорошо разработаны технологически и апаратурно.

Конвективный способ. При этом способе нагревание слоя ЛКМ и изделия осуществляется за счет передачи теплоты от окружающего воздуха или топочных газов. Теплота передается поверхности и постепенно распространяется внутрь пленки, поэтому затвердение покрытия происходит также с поверхности раздела пленка- газовая среда. Такой способ отверждения не является оптимальным. В случае жидких красок образующийся на поверхности слой более высохшего материала замедляет диффузию и отвод растворителя из глубинных слоев пленки; в случае порошковых красок оплавленный с поверхности слой полимера мешает выходу воздуха из остальной части материала.

Вследствие низкой теплопроводности газов (для воздуха при 100°С λ = 0,028 Вт/(м*°С), т.е. в тысячи раз меньше чем у металлов) в конвективной передаче теплоты покрытию принимают участив лишь слои, непосредственно контактирующие с изделием. Для улучшения теплопередачи применяют перемешивание нагретых газов, что вызывает дополнительную затрату энергии. Сказанное характеризует конвективный способ отверждения как малоэффективный и достаточно энергоемкий. Его широкое применение, однако, объясняется рядом достоинств: универсальностью (пригоден для отверждения любых ЛКМ, нанесенных на различные подложки), мягкостью и равномерностью нагрева (можно нагревать изделия различной степени сложности), простотой конструкции и легкостью эксплуатации сушильных установок.––Для конвективного отверждения применяют сушилки периодического (тупиковые или камерные) и непрерывного (проходные или коридорные) действия, оборудованные тепловентиляционными агрегатами. По типу теплоносителя сушилки подразделяются на паровые, электрические пароэлектрические, газовые. Для температур 50-110 С., наиболее экономичными считается сушилки с паровым обогревом, выше 110 С - с электрическим и газовым. Применяют сушилки прямого действия, в которых обеспечивается контакт непосредственно теплоносителя (нагретый воздух, топочные газы) с изделием, и непрямого действия, в которых: теплота передается изделию от теплоносителя (обычно топочные газы) через стенку. Первый тип сушильных камер наиболее распространен. Их применяют не только для отверждения покрытий (грунтовочные, шпатлевочные, верхние слои), но и для сушки изделий от воды при подготовке поверхности, мокром шлифовании и других операциях. Газовые сушилки непрямого действия используют лишь в тех случаях, когда прямой контакт изделия с топочными газами нежелателен, например, при получении светлых высокодекоративных покрытий.

Терморадиационный способ или способ лучистого нагрева, вошел в промышленную практику в 30-х годах и в настоящее время является одним из основных способов отверждения покрытий. Главные его достоинства - высокая эффективность, простота и компактность.

Принцип отверждения основан на использовании лучистой энергии, испускаемой нагретыми телами, такими как лампы накаливания, металлические и керамические плиты, спирали, газовые горелки.

По закону смешения Вина длина волны, соответствующая максимуму интенсивности излучения λmax находится в обратной зависимости от абсолютной температуры Т:

λmax = 2998/Т

Общее количество энергии Q (в МДж/г), излучаемой нагретым телом, может быть оценено по формуле Стефана -Больцмана:

Q = 20,6 • 10^(-8) *F*T^4

где  - степень черноты; F - поверхность излучения.

Таким образом, в зависимости от природы поверхности и температуры нагрева спектральная характеристика излучения различных тел неодинакова. Отсюда, изменяя спектральные характеристики ИК - излучения и оптические свойства лакокрасочного материала и подложки, можно вызвать предпочтительный нагрев пленки, подложки или пленки––и подложки одновременно. В практических условиях в основном реализуется второй и третий варианты.

Терморадиационный способ отверждения покрытий имеет принципиальные отличия от конвективного:

1) при терморадиации существенно ускоряется подвод, теплоты к изделию, в результате чего резко сокращается стадия подъема температуры окрашенного изделия.

2) нагревание слоя лакокрасочного материала осуществляется не снаружи а изнутри, от подложки, что обеспечивает беспрепятственный выход летучих продуктов из пленки.

Для отверждения покрытий, под действием ИК-излучения применяют сушильные камеры непрерывного и периодического действия и щитовые передвижные или стационарные установки. Теплоносителем в них служит электроэнергия или природный газ.