Волокнистые композиционные материалы.
Композиционные материалы с ~ волокнистым наполнителем (упрочнителем) по механизму армирующего действия делят на дискретные, в которых отношение длинны волокна к диаметру //йЫ0-И0э, и с непрерывным волокном, в которых l/ehxo.
Дискретные волокна располагаются в матрице хаотично. Диаметр волокон от долей до сотен микрометров. Чем больше отношение длинны к диаметру волокна, тем выше степень упрочнения [25, 31].Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокон должны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.
Композиционные материалы на металлической основе обладают высокой прочностью и жаропрочностью, в то же время они малопластичны. Однако волокна в композиционных материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полностью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью волокнистых одноосных композиционных материалов являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность к концентраторам напряжения. Однако необходимо учитывать, что матрица может передавать напряжения волокнам только в том случае, когда существует прочная связь на поверхности раздела армирующее волокно - матрица. Для предотвращения контакта между волокнами матрица должна полностью окружать все волокна, что достигается при содержании ее не менее 15-20 % [22, 23, 24, 25]. ^ Основным недостатком композиционных материалов с одно и двумерным
армированием является низкое сопротивление межслойному сдвигу и поперечному обрыву. Этого лишены материалы с объемным армированием [25].
В принципе, композиционные материалы с измельченным и в частности, с непрерывным волокном и/или нитями, и слоистые материалы представляют
" собой предпочтительные конструкционные материалы, поскольку они сочетают в себе желательные присущие им физические и/или химические свойства матрицы с превосходными характеристиками прочности и жесткости, получаемых от волокна и/или нитей.
Измельченные волокна или нити и длинные сплошные волокна или нити в основном используют в четырех конфигурациях [29], из которых однонаправленная конфигурация (длинное или непрерывное волокно, либо нити, расположенные по существу параллельно) и конфигурация с ориентированными нарезанными волокнами (измельченные волокна или нити, расположенные все в одном и том же направлении) в принципе обеспечивают оптимальное качество. Поскольку волокна обеспечивают значительный контроль внутренней структуры композиционного материала вследствие их высокого отношения длины к диаметру, то длинные, непрерывные волокна представляют собой выбор усиливающих элементов для изготовления качественных композиционных материалов. Однако в работе [30] указано, что при изготовлении композиционных материалов, которое обычно затрагивает сложную геометрию, трудно размещать непрерывное волокно во время процесса изготовления.