สมรรถนะและการวิเคราะห์วัสดุคอมโพสิตใยแก้ว

เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็ก วัสดุคอมโพสิตเสริมใยแก้วจะมีวัสดุที่เบากว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่าหนึ่งในสามของเหล็กอย่างไรก็ตาม ในแง่ของความแข็งแรง เมื่อความเครียดสูงถึง 400MPa เหล็กเส้นจะประสบกับความเครียด ในขณะที่ความต้านทานแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตใยแก้วสามารถเข้าถึงได้ถึง 1,000-2500MPaเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุโลหะแบบดั้งเดิม วัสดุคอมโพสิตใยแก้วมีโครงสร้างที่ต่างกันและเกิดแอนไอโซโทรปีที่ชัดเจน พร้อมกลไกความล้มเหลวที่ซับซ้อนกว่าการวิจัยเชิงทดลองและเชิงทฤษฎีภายใต้โหลดประเภทต่างๆ สามารถให้ความเข้าใจที่ครอบคลุมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกล โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนำไปใช้ในสาขาต่างๆ เช่น อุปกรณ์ป้องกันประเทศและการบินและอวกาศ ซึ่งต้องมีการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับคุณลักษณะและคุณสมบัติทางกลเพื่อตอบสนองความต้องการใน สภาพแวดล้อมการใช้งาน

ต่อไปนี้จะแนะนำคุณสมบัติทางกลและการวิเคราะห์ความเสียหายภายหลังของวัสดุคอมโพสิตใยแก้ว โดยให้คำแนะนำสำหรับการใช้งานวัสดุนี้

(1) คุณสมบัติแรงดึงและการวิเคราะห์:

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุคอมโพสิตอีพอกซีเรซินเสริมใยแก้วแสดงให้เห็นว่าความต้านทานแรงดึงในทิศทางขนานของวัสดุนั้นมีค่ามากกว่าความต้านทานแรงดึงในทิศทางแนวตั้งของเส้นใยมากดังนั้นในการใช้งานจริง ควรรักษาทิศทางของใยแก้วให้สอดคล้องกับทิศทางแรงดึงมากที่สุด โดยใช้คุณสมบัติแรงดึงที่ดีเยี่ยมอย่างเต็มที่เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็ก ความต้านทานแรงดึงจะสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ แต่ความหนาแน่นนั้นต่ำกว่าเหล็กมากจะเห็นได้ว่าคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุมของวัสดุคอมโพสิตใยแก้วค่อนข้างสูง

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มปริมาณใยแก้วที่เติมลงในวัสดุเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตจะค่อยๆ เพิ่มความต้านทานแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตสาเหตุหลักก็คือเมื่อปริมาณใยแก้วเพิ่มขึ้น ใยแก้วในวัสดุคอมโพสิตจะถูกรับแรงภายนอกมากขึ้นในเวลาเดียวกัน เนื่องจากจำนวนเส้นใยแก้วที่เพิ่มขึ้น เมทริกซ์เรซินระหว่างเส้นใยแก้วจึงบางลง ซึ่งเอื้อต่อการสร้างโครงเสริมใยแก้วมากขึ้นดังนั้น การเพิ่มขึ้นของปริมาณใยแก้วทำให้เกิดความเครียดที่ส่งผ่านจากเรซินไปยังใยแก้วในวัสดุคอมโพสิตภายใต้แรงภายนอกมากขึ้น ส่งผลให้คุณสมบัติแรงดึงดีขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การวิจัยเกี่ยวกับการทดสอบแรงดึงของวัสดุคอมโพสิตโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวด้วยใยแก้วแสดงให้เห็นว่าโหมดความล้มเหลวของวัสดุคอมโพสิตเสริมใยแก้วคือความล้มเหลวร่วมกันของเส้นใยและเมทริกซ์เรซินผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดของส่วนแรงดึงพื้นผิวที่แตกหักแสดงให้เห็นว่ามีการดึงเส้นใยแก้วจำนวนมากออกจากเมทริกซ์เรซินในส่วนแรงดึง และพื้นผิวของเส้นใยแก้วที่ถูกดึงออกจากเมทริกซ์เรซินนั้นเรียบและสะอาด โดยมีเศษเรซินน้อยมากที่เกาะติดกับพื้นผิว ของใยแก้วมีสมรรถนะการแตกหักแบบเปราะด้วยการปรับปรุงส่วนต่อประสานการเชื่อมต่อระหว่างใยแก้วและเรซิน ความสามารถในการฝังของทั้งสองจึงเพิ่มขึ้นในส่วนแรงดึง สามารถมองเห็นเศษเมทริกซ์เรซินส่วนใหญ่ที่มีการยึดเกาะของเส้นใยแก้วมากกว่าการสังเกตจากการขยายเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าเมทริกซ์เรซินจำนวนมากเกาะกันบนพื้นผิวของเส้นใยแก้วที่แยกออกมา และมีลักษณะการจัดเรียงคล้ายรวงผึ้งพื้นผิวแตกหักแสดงถึงการแตกหักแบบเหนียว ซึ่งสามารถให้คุณสมบัติทางกลที่ดีขึ้น

(2) ประสิทธิภาพการดัดและการวิเคราะห์:

การทดสอบความล้าของการดัดงอแบบสามจุดได้ดำเนินการบนเพลททิศทางเดียวและตัวหล่อเรซินของวัสดุคอมโพสิตอีพอกซีเรซินเสริมใยแก้วผลการวิจัยพบว่าความแข็งในการดัดงอของทั้งสองลดลงอย่างต่อเนื่องตามระยะเวลาความล้าที่เพิ่มขึ้นอย่างไรก็ตาม ความแข็งในการดัดงอของแผ่นทิศทางเดียวที่เสริมด้วยใยแก้วนั้นสูงกว่าตัวหล่อมากและอัตราการลดลงของความแข็งในการดัดก็ช้ากว่ารอยแตกร้าวปรากฏขึ้นตามเวลาที่เหนื่อยล้ามากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งบ่งชี้ว่าใยแก้วมีผลกระทบที่เพิ่มขึ้นต่อประสิทธิภาพการโค้งงอของเมทริกซ์

ด้วยการนำใยแก้วมาใช้และเศษส่วนปริมาตรที่เพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป ความแข็งแรงในการดัดงอของวัสดุคอมโพสิตก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วยเมื่อเศษส่วนปริมาตรเส้นใยเท่ากับ 50% ความแข็งแรงในการดัดงอจะสูงที่สุด ซึ่งสูงกว่าความแข็งแรงเดิมถึง 21.3%อย่างไรก็ตาม เมื่อเศษส่วนของปริมาตรเส้นใยเท่ากับ 80% ความต้านทานการดัดงอของวัสดุคอมโพสิตจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งต่ำกว่าความแข็งแรงของตัวอย่างที่ไม่มีเส้นใยเป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่า ความแข็งแรงที่ต่ำของวัสดุอาจเนื่องมาจากรอยแตกขนาดเล็กและช่องว่างภายในที่ขัดขวางการถ่ายโอนโหลดอย่างมีประสิทธิภาพผ่านเมทริกซ์ไปยังเส้นใย และภายใต้แรงภายนอก รอยแตกขนาดเล็กจะขยายตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างข้อบกพร่อง ซึ่งทำให้เกิดความเสียหายในที่สุด การเชื่อมต่อส่วนต่อประสานของวัสดุคอมโพสิตใยแก้วนี้ส่วนใหญ่อาศัยการไหลหนืดของเมทริกซ์ใยแก้วที่อุณหภูมิสูงเพื่อพันเส้นใย และเส้นใยแก้วที่มากเกินไปจะเป็นอุปสรรคอย่างมากต่อการไหลที่มีความหนืดของเมทริกซ์ ทำให้เกิดความเสียหายในระดับหนึ่งต่อความต่อเนื่องระหว่าง อินเทอร์เฟซ

(3) ประสิทธิภาพความต้านทานการเจาะ:

การใช้วัสดุคอมโพสิตเสริมใยแก้วที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับส่วนหน้าและด้านหลังของเกราะปฏิกิริยามีความต้านทานการเจาะได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับเหล็กโลหะผสมแบบดั้งเดิมเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมแล้ว วัสดุคอมโพสิตใยแก้วสำหรับด้านหน้าและด้านหลังของเกราะปฏิกิริยาการระเบิดจะมีเศษซากที่เล็กกว่าหลังการระเบิด โดยไม่มีความสามารถในการฆ่าใดๆ และสามารถกำจัดผลกระทบการฆ่าขั้นที่สองของเกราะปฏิกิริยาการระเบิดได้บางส่วน