|
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART02.HTM
затвердеть
,
успела равномерно пропитать стекломассу
.
Затем остается лишь извлечь из формы готовое изделие
-
почти
никакой ручной доводки не требуется
,
так как пресс
-
форма тщательно отполирована
.
Весь процесс получения
волокнистой заготовки
,
установки ее в пресс
-
форму
,
пропитки смолой и твердения может выполняться в одной большой
машине в течение нескольких секунд
,
в то время как ручная укладка стекловолокна требует часов и даже дней
.
В первых армированных материалах количество волокон было небольшим и волокно вводилось с целью нейтрализации
грубых дефектов слабой хрупкой матрицы
.
О таких материалах правильно говорить как об армированных
.
Однако со
временем назначение матрицы изменилось
-
она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой
;
теперь мы стремимся использовать матрицу лишь в количествах
,
необходимых для надежного связывания волокон
.
Такие системы правильнее было бы называть связанными волокнистыми материалами
.
Серьезное изучение свойств этих систем
-
предмет трудный и в высшей степени математизированный
.
В последнее время
он получил признание и даже сделался модным в академических кругах
.
Не вдаваясь в детали
,
можно сказать
,
что
свойства массы склеенных между собой волокон более или менее следуют предсказаниям
,
полученным с помощью
элементарного расчета
.
Обычно трудно получить материал
,
содержащий более
50%
волокон по объему
.
Прочность готового стекловолокна можно считать равной примерно
200
кГ
/
мм
2
,
а его модуль
Юнга
- 7000
кГ
/
мм
2
.
Пруток стеклопластика
(
например
,
спиннинговое удилище
),
в котором все волокна уложены
параллельно оси
,
будет иметь прочность
100
кГ
/
мм
2
,
а модуль Юнга
3500
кГ
/
мм
2
,
поскольку смола почти не вносит своей
доли ни в прочность
,
ни в модуль
,
хотя
,
конечно
,
увеличивает вес
.
Рассчитанный по простому правилу смесей
,
удельный
вес материала составит
1,85
Г
/
см
3
,
если в нем не будет пор
(
а так и должно быть
);
удельный вес стекла
-
около
2,5,
а
смолы
- 1,2
Г
/
см
3
.
Мы можем поэтому составить следующую сравнительную таблицу
.
Материал
Удельный
вес
,
г
/
куб
.
см
.
Предел
прочности
,
кГ
/
кв
.
мм
.
Удельная
прочность
Модуль
Юнга
,
кГ
/
кв
.
мм
.
Удельный
модуль
Юнга
Стеклопластик
(
параллельные волокна
)
1.85
100
54
3500
2000
Стеклопластик
(
стеклоткань
)
1.85
50
27
1750
1000
Мягкая сталь
7.8
40
5
21000
2700
Высокопрочная сталь
7.8
200
26
21000
2700
Из таблицы ясно
,
что сравнивать сталь и стеклопластик не очень просто
.
Грубо говоря
,
стеклопластики прочнее стали
,
особенно по отношению к удельному весу
.
Но по жесткости они хуже сталей
,
даже если принять во внимание намного
меньшую плотность
.
В этом отношении они уступают и дереву
,
Как и в случае с древесиной
,
сравнение в известной степени зависит от того
,
в скольких направлениях должен быть
прочным материал
.
Конечно
,
наивысшие цифры дает материал
,
в котором все волокна и
,
следовательно
,
прочность
,
направлены вдоль одной оси
;
но технические приложения материалов такого типа сильно ограничены
.
Когда одинаковое
число волокон пересекается под прямым углом
,
мы имеем материал
,
напоминающий фанеру
:
половина прочности
однонаправленного материала под углами
0°
и
90°
и несколько меньшая прочность под углом
45°.
Такой материал может
быть получен при армировании стеклотканью
.
Из теории следует
,
что если мы хотим иметь действительно одинаковые свойства во всех направлениях волокнистого
листового материала
,
то этого можно достичь несколькими способами укладки волокон
.
Все эти способы армирования
дают треть прочности и жесткости однонаправленных систем
.
Эксперимент очень хорошо подтверждает теорию
.
Однако
на практике обычно используется стеклопластик с матами из рубленой пряжи
.
Таким армированием очень редко удается
достичь содержания волокон
50% (
волокна укладываются некомпактно
),
поэтому мы должны
,
пожалуй
,
рассчитывать на
прочность
,
меньшую чем треть прочности однонаправленного материала
.
Такого рода стеклопластики обычно
Используются для сравнительно недорогих поделок
,
где большей прочности
,
возможно
,
и не требуется
.
Но даже и они
,
как правило
,
превосходят мягкую сталь по удельной
(
отнесенной к весу
)
прочности
.
Вот по жесткости армированные
пластики
-
и в частности
,
стеклопластики
-
не могут конкурировать ни с металлами
,
ни с древесиной
.
В этом одна из
главных трудностей применения стеклопластиков в больших конструкциях
-
судах
,
корпусах автомашин и
т
.
д
.
По той же
причине их вычеркивают в настоящее время из списка материалов
,
пригодных для силовых конструкций самолета
.
Правда
,
можно было бы повысить жесткость автомобильного кузова
,
подкрепив его изнутри стальными трубами
,
но
стоит ли тогда связываться с пластиками
?
Металлы
-
почти
,
изотропны
,
то есть их свойства примерно одинаковы во всех направлениях
.
Эта особенность очень
важна для таких деталей
,
как коленчатый вал
,
где металлы поэтому незаменимы
.
Но там
,
где это свойство не столь
существенно
(
оболочки
,
панели
),
лучше применять волокнистые пластики
.
Получить изотропные свойства в волокнистом
материале практически невозможно
,
потому что очень трудно плотно уложить волокна в трех направлениях сразу
.
Даже
стог сена
-
слоистая конструкция
.
Теория показывает
,
что прочность трехмерной беспорядочной упаковки волокон была
бы равна
1/6
от прочности материала с однонаправленными волокнами
-
вряд ли стоит стремиться получить такой
материал
.
VIVOS VOCO:
Дж
.
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -
Do'stlaringiz bilan baham: |
