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 ${\displaystyle {\tilde {l}}}$ , равная отношению длины волокна l к его диаметру d или к характерному размеру поперечного сечения для волокна некруглого сечения.

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

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

где ${\displaystyle {\tilde {\sigma }}_{f}^{*}}$ — прочность волокна при растяжении, которая в общем случае зависит от его длины, а ${\displaystyle {\tilde {\tau }}_{fm}^{*}}$ — 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 ${\displaystyle {\tilde {l}}\gg {\tilde {l}}^{*}}$ . Для высокопрочных волокон ( ${\displaystyle {\tilde {\sigma }}_{f}^{*}}$ > 4000 МПа) в полимерной матрице ( ${\displaystyle {\tilde {\tau }}_{fm}^{*}}$ < 40МПа) ${\displaystyle {\tilde {l}}^{*}}$ ≈ 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.

Ссылки

• При написании этой статьи использовался материал из издания « Словарь нанотехнологических терминов » (2009—…), доступного по лицензии Creative Commons .