волокон, механические свойства (англ. fibres, mechanical properties of) — комплекс характеристик, определяющих механическое поведение волокон при действии на них внешних сил.

Описание

Для изучения механических свойств и определения механических характеристик волокон проводят по определенным методикам механические испытания, которые различаются типом деформации и режимом нагружения. Выбор метода испытаний определяется целями и типом исследуемых волокон. Для волокон наиболее важными механическими свойствами являются: модуль Юнга в направлении оси волокна, прочность, ползучесть, а также соответствующие удельные величины: характеристики, отнесенные к плотности волокна.

Модуль Юнга волокна определяется природой материала, кристаллографической ориентацией (для монокристаллических волокон) и текстурой поликристаллических волокон. Модуль Юнга углеволокна, например, изменяется в широких пределах (от 150 до 800 ГПа), в зависимости от ориентации графитовых плоскостей относительно оси волокна. Модуль Юнга практически не зависит от взаимодействия волокна и матрицы и определяется испытанием на отдельных волокнах по углу наклона кривой деформирования образца при растяжении либо по частоте собственных колебаний образца.

Прочность волокна (как правило, хрупкого) σ определяется дефектами его структуры и описывается вейбулловой статистикой, поэтому вероятность разрушения волокна длиной  равна

,

где  и  - константы, а  - параметр, связанный с константой . Первый момент этого распределения даёт среднюю прочность волокна длиной :

,

где ( · ) обозначает гамма-функцию. Стандартное отклонение D определяется через второй момент

.

Коэффициент вариации прочности  зависит только от величины β. Отношение величин средней прочности волокон с длинами  и  составляет

.

Эффективная прочность волокна в композите может существенно отличаться от прочности отдельных волокон, испытанных тем или иным способом. В связи с этим определять характеристики прочности волокон целесообразно путем испытаний специальным образом подготовленных образцов композитов.

Сопротивление ползучести волокна определяют на заданной временной базе (как правило, 102–105 ч) по фиксированной величине деформации ползучести (обычно 0,5–1%). Испытание на ползучесть отдельных волокон — длительный процесс, поэтому для оценки этой характеристики применяют упрощенные методы. К ним относится, например, измерение остаточной кривизны волокна, закрепленного на жестком цилиндре, в течение определенного времени при заданной температуре.

Автор

  • Милейко Сергей Тихонович

Источники

  1. Concise Encyclopedia of Composite Materials / Ed. by A. Kelly. — Elsevier Science, 1994. — 378 p.
  2. Chawla K. K. Fibrous Materials. — Cambridge University Press, 1998. — 309 p.
  3. Mileiko S. T. Metal and Ceramic Based Composites. — Elsevier Science, 1997. — 704 p.
  4. Handbook of Composites. V. 1: Strong Fibers / Ed. by W. Watt, B.V. Petrov. — N.Y.: Elsevier, 1989.

Напишите нам