Непрерывные волокна

Непрерывные волокна (англ. continuous fibres) — конструкционные волокна, длина которых позволяет пренебречь концевыми эффектами при их нагружении в композитах и использовать в непрерывных технологических процессах получения композитных изделий.

Описание

Основной геометрический параметр волокна, определяющий его эффективность в композитной конструкции — безразмерная длина ${\tilde {l}}$, равная отношению длины волокна l к его диаметру d или к характерному размеру поперечного сечения для волокна некруглого сечения.

Критическая величина безразмерной длины ${\tilde {l}}^{*}$ — длина волокна l, при которой волокно не разрушается растягивающими напряжениями, генерируемыми в нем через касательные напряжения на границе раздела волокна и матрицы:

${\tilde {l}}^{*}\sim {\frac {{\tilde {\sigma }}_{f}^{*}}{{\tilde {\tau }}_{fm}^{*}}},$

где ${\tilde {\sigma }}_{f}^{*}$ — прочность волокна при растяжении, которая в общем случае зависит от его длины, а ${\tilde {\tau }}_{fm}^{*}$ — прочность границы раздела на сдвиг. В случае идеальной адгезионной связи на границе раздела величина равна прочности матрицы на сдвиг. Чтобы пренебречь концевыми эффектами, должно выполняться условие ${\tilde {l}}\gg {\tilde {l}}^{*}$. Для высокопрочных волокон (${\tilde {\sigma }}_{f}^{*}$ > 4000 МПа) в полимерной матрице (${\tilde {\tau }}_{fm}^{*}$ < 40МПа) ${\tilde {l}}^{*}$ ≈ 100. В композитах с металлической матрицей критическая безразмерная длина волокна может быть на порядок меньше.

Непрерывность волокна в технологическом смысле означает возможность его использования в непрерывных технологических процессах получения композитных изделий, таких, как намотка, получение дву- и трехмерных тканей, пултрузия и т. п. В этом случае критерием непрерывности является абсолютная длина волокна на шпуле, соотнесенная с конкретным технологическим процессом производства композитных элементов конструкций.

Литература

• Concise Encyclopedia of Composite Materials / Ed. by A. Kelly. — Elsevier Science, 1994. — 378 p.
• Handbook of Composites. V. 4 / Ed. by A. Kelly, S. T. Mileiko. — NorthHolland, Amsterdam, 1983.
• Композиционные материалы. Справочник // Под общей ред. В.В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского. — М.: Машиностроение, 1990. — 510 с.