Millised on klaaskiu ainulaadsed mehaaniliste omaduste eelised?

1. Äärmiselt kõrge tõmbetugevus

Tõmbetugevusklaaskiudtavaliselt jääb vahemikku 1,47–4,8 GPa (gigapaskalit). See väärtus on erakordselt oluline:

Palju suurem puisteklaas: see on kümneid kordi tugevam kui selle tooraine{0}}sula ja tahkunud puisteklaas. See on peamiselt tingitud väikesest läbimõõdust, mis moodustub kiirel joonistusprotsessil-, mis vähendab sisemiste defektide (nagu mikropraod ja lisandid) arvu ja suurust, järgides Griffithi teooriat, et "mida väiksem suurus, seda suurem on tugevus".

Lisaks muudele materjalidele: selle tugevus ei ole mitte ainult oluliselt kõrgem kui erinevatel looduslikel kiududel (nagu puuvill, linane ja siid) ja sünteetilistest kiududest (nagu nailon, polüester ja aramiid), vaid ka palju suurem kui tavaliste legeermaterjalide (nagu ülitugev{0}}teras, mille tõmbetugevus on üldiselt vahemikus 0,8-2 GPa-2). Just see ülikõrge eritugevus (tugevus/tihedus) teeb klaaskiust ideaalse tugevdava karkassi kergete komposiitmaterjalide jaoks.

2. Unikaalne elastsusmoodul

Klaaskiu elastsusmoodul (Youngi moodul) näitab selle vastupidavust elastsele deformatsioonile.

Selle elastsusmoodul on madalam kui enamikel metallisulamitel (nt terase elastsusmoodul on ligikaudu 200 GPa ja alumiiniumil ligikaudu 70 GPa), kuid oluliselt kõrgem kui orgaanilistel kiududel (nt polüestri moodul on ligikaudu 5-15 GPa ja nailonil ligikaudu 2-5 GPa).

See metallide ja orgaaniliste polümeeride omavaheline moodulomadus võimaldab oluliselt tugevdada komposiitide jäikust, säilitades samal ajal hea deformatsioonisobivuse suhteliselt pehmete vaigumaatriksitega.

3. Äärmiselt väike pikenemine purunemisel ja täiuslikult elastne käitumine

Klaaskiu purunemispikenemine on väga väike, tavaliselt umbes 3%. See tähendab, et see puruneb tõmbekoormuse mõjul ilma märkimisväärse plastilise deformatsioonita.

Tõmbepinge{0}}deformatsioonikõveral ei ole klaaskiul selget voolavuspiiri. Selle käitumine on täiesti elastse keha käitumine: enne murdumist on pinge võrdeline deformatsiooniga (järgides Hooke'i seadust) ja deformatsioon taastub peaaegu täielikult pärast mahalaadimist. See erineb järsult paljude orgaaniliste kiududega (nagu nailon ja polüester), mis venitamisel läbivad tavaliselt lisaks esialgsele elastse deformatsiooni etapile märkimisväärse plastilise pikenemise (pöördumatu deformatsioon), millel on voolavuspiir.

kokkuvõte

Klaaskiud oma üli-kõrge tõmbetugevusega (ületab puisteklaasi, orgaaniliste kiudude ja sulamite oma), mõõduka elastsusmooduli (kõrgem kui orgaanilistel kiududel, kuid madalam kui metallidel) ning äärmiselt väikese katkemisvenimise ja täiuslikult elastse käitumisega on saavutanud oma positsiooni suure jõudlusega komposiitmaterjalide südamiku tugevdava materjalina. See ainulaadne mehaaniliste omaduste -suure tugevuse, suure jäikuse ja rabedate purunemiste-kombinatsioon võimaldab tal tõhusalt taluda komposiitmaterjalide koormust, pakkudes üliolulist mehaanilist tuge lõpptoodetele, nagu autoosad, tuuleturbiini labad, laevad ja spordivarustus. Nende mehaaniliste omaduste mõistmine ja kontrollimine on komposiitmaterjalide disaini optimeerimiseks ja nende konstruktsiooni töökindluse tagamiseks hädavajalik.