So với thép, vật liệu composite gia cố bằng sợi thủy tinh có vật liệu nhẹ hơn và mật độ nhỏ hơn 1/3 so với thép.Tuy nhiên, về độ bền, khi ứng suất đạt tới 400MPa, các thanh thép sẽ chịu ứng suất chảy, trong khi độ bền kéo của vật liệu composite sợi thủy tinh có thể đạt tới 1000-2500MPa.So với vật liệu kim loại truyền thống, vật liệu composite sợi thủy tinh có cấu trúc không đồng nhất và tính dị hướng rõ ràng, cơ chế hư hỏng phức tạp hơn.Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm dưới các loại tải khác nhau có thể cung cấp sự hiểu biết toàn diện về tính chất cơ học của chúng, đặc biệt khi áp dụng trong các lĩnh vực như thiết bị quốc phòng và hàng không vũ trụ, đòi hỏi nghiên cứu chuyên sâu về đặc tính và tính chất cơ học của chúng để đáp ứng nhu cầu trong môi trường sử dụng.
Phần sau đây giới thiệu các tính chất cơ học và phân tích hư hỏng sau của vật liệu composite sợi thủy tinh, cung cấp hướng dẫn cho việc ứng dụng vật liệu này.
(1) Đặc tính kéo và phân tích:
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính chất cơ học của vật liệu composite nhựa epoxy gia cố sợi thủy tinh cho thấy độ bền kéo theo hướng song song của vật liệu lớn hơn nhiều so với hướng thẳng đứng của sợi.Do đó, trong sử dụng thực tế, hướng của sợi thủy tinh phải được giữ nhất quán nhất có thể với hướng kéo, tận dụng tối đa các đặc tính kéo tuyệt vời của nó.So với thép, độ bền kéo cao hơn đáng kể, nhưng mật độ thấp hơn nhiều so với thép.Có thể thấy, tính chất cơ học toàn diện của vật liệu composite sợi thủy tinh tương đối cao.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tăng lượng sợi thủy tinh được thêm vào vật liệu composite nhựa nhiệt dẻo sẽ làm tăng dần độ bền kéo của vật liệu composite.Nguyên nhân chính là khi hàm lượng sợi thủy tinh tăng lên thì càng có nhiều sợi thủy tinh trong vật liệu composite chịu tác dụng của ngoại lực.Đồng thời, do số lượng sợi thủy tinh tăng lên, ma trận nhựa giữa các sợi thủy tinh trở nên mỏng hơn, thuận lợi hơn cho việc thi công khung gia cố bằng sợi thủy tinh.Do đó, Sự gia tăng hàm lượng sợi thủy tinh gây ra nhiều ứng suất truyền từ nhựa sang sợi thủy tinh trong vật liệu composite dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài, cải thiện hiệu quả đặc tính kéo của chúng.
Nghiên cứu thử nghiệm độ bền kéo của vật liệu composite polyester không bão hòa sợi thủy tinh đã chỉ ra rằng dạng hư hỏng của vật liệu composite gia cố bằng sợi thủy tinh là sự phá hủy kết hợp giữa sợi và ma trận nhựa thông qua kính hiển vi điện tử quét của mặt cắt kéo.Bề mặt đứt gãy cho thấy một số lượng lớn sợi thủy tinh được kéo ra khỏi ma trận nhựa trên phần kéo, và bề mặt sợi thủy tinh được kéo ra khỏi ma trận nhựa mịn và sạch, có rất ít mảnh nhựa bám vào bề mặt của sợi thủy tinh, Hiệu suất là gãy giòn.Bằng cách cải thiện giao diện kết nối giữa sợi thủy tinh và nhựa, khả năng nhúng của cả hai được nâng cao.Trên phần kéo, có thể nhìn thấy hầu hết các mảnh nhựa ma trận có nhiều sợi thủy tinh liên kết hơn.Quan sát phóng đại hơn nữa cho thấy rằng một số lượng lớn các liên kết nhựa nền trên bề mặt của sợi thủy tinh được chiết xuất và thể hiện sự sắp xếp giống như chiếc lược.Bề mặt vết nứt cho thấy vết nứt dẻo, có thể đạt được các tính chất cơ học tốt hơn.
(2) Hiệu suất uốn và phân tích:
Các thử nghiệm mỏi uốn ba điểm đã được tiến hành trên các tấm một chiều và thân đúc nhựa bằng vật liệu composite nhựa epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh.Kết quả cho thấy độ cứng chống uốn của cả hai tiếp tục giảm khi thời gian mỏi tăng.Tuy nhiên, độ cứng uốn của các tấm đơn hướng được gia cố bằng sợi thủy tinh cao hơn nhiều so với vật đúc và tốc độ giảm độ cứng uốn chậm hơn.Thời gian mỏi của các vết nứt xuất hiện nhiều hơn theo thời gian, cho thấy sợi thủy tinh có tác dụng nâng cao hiệu suất uốn của ma trận.
Với sự ra đời của sợi thủy tinh và tỷ lệ thể tích tăng dần, độ bền uốn của vật liệu composite cũng tăng theo.Khi tỷ lệ thể tích sợi là 50%, độ bền uốn của nó là cao nhất, cao hơn 21,3% so với cường độ ban đầu.Tuy nhiên, khi tỷ lệ thể tích sợi là 80%, độ bền uốn của vật liệu composite giảm đáng kể, thấp hơn độ bền của mẫu không có sợi.Người ta thường tin rằng, Độ bền thấp của vật liệu có thể là do các vết nứt vi mô và khoảng trống bên trong ngăn chặn sự truyền tải hiệu quả qua ma trận đến các sợi và dưới tác dụng của lực bên ngoài, các vết nứt vi mô nhanh chóng mở rộng để hình thành các đứt gãy, cuối cùng gây ra hư hỏng. Liên kết giao diện của vật liệu composite sợi thủy tinh này chủ yếu dựa vào dòng chảy nhớt của ma trận sợi thủy tinh ở nhiệt độ cao để bọc sợi, và sợi thủy tinh quá mức cản trở dòng chảy nhớt của ma trận, gây ra một mức độ thiệt hại nhất định cho tính liên tục giữa các giao diện.
(3) Hiệu suất kháng thâm nhập:
Việc sử dụng vật liệu composite gia cường sợi thủy tinh cường độ cao cho mặt và mặt sau của áo giáp phản lực có khả năng chống xuyên tốt hơn so với thép hợp kim truyền thống.So với thép hợp kim, vật liệu composite sợi thủy tinh cho mặt và mặt sau của áo giáp phản ứng nổ có các mảnh còn sót lại nhỏ hơn sau khi phát nổ, không có khả năng sát thương và có thể loại bỏ một phần tác dụng tiêu diệt thứ cấp của áo giáp phản ứng nổ.
Thời gian đăng: Nov-07-2023
