Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự gắn kết giữa sợi và ma trận và mối quan hệ của nó với các thuộc tính cơ học của vật liệu composite
Tóm tắt
Có hai lĩnh vực nghiên cứu chính trong lĩnh vực sự gắn kết giữa sợi và ma trận trong vật liệu composite. Một là vai trò cơ bản của sự gắn kết giữa sợi và ma trận đối với các thuộc tính cơ học của composite. Lĩnh vực còn lại là phương pháp "tốt nhất" dùng để đo lường sự gắn kết giữa sợi và ma trận trong vật liệu composite. Kết quả của một nỗ lực nhằm cung cấp nền tảng thực nghiệm cho cả hai lĩnh vực này được báo cáo ở đây. Một hệ thống thực nghiệm được đặc trưng tốt, bao gồm ma trận epoxy và sợi carbon, đã được chọn trong đó chỉ hóa học bề mặt của sợi được điều chỉnh để tạo ra ba mức độ gắn kết khác nhau. Các bài kiểm tra phân đoạn sợi đơn nhúng đã được thực hiện để định lượng mức độ gắn kết giữa sợi và ma trận. Quan sát các sự kiện diễn ra tại các điểm gãy của sợi đã dẫn đến việc ghi chép ba chế độ hỏng khác biệt tương ứng với ba mức độ gắn kết. Mức độ thấp nhất tạo ra hiện tượng tách rời do ma sát, mức độ trung gian tạo ra sự phát triển của vết nứt tại giao diện, và mức độ cao nhất tạo ra sự gãy nứt theo hướng của ma trận. Các composite có tỷ lệ thể tích sợi cao được làm từ cùng một vật liệu đã được thử nghiệm cho các thuộc tính theo trục và ngoài trục, cũng như các thuộc tính gãy. Kết quả cho thấy rằng kết quả composite có thể được giải thích nếu cả sự khác biệt trong gắn kết và chế độ hỏng được xem xét. Sẽ được chứng minh thêm rằng sự gắn kết giữa sợi và ma trận là một điều kiện "tối ưu" cần được lựa chọn dựa trên trạng thái ứng suất mà giao diện sẽ trải qua. Bài thử nghiệm phân đoạn sợi đơn nhúng không chỉ là một công cụ đo lường có giá trị cho việc định lượng sự gắn kết giữa sợi và ma trận mà còn là một phương pháp cung cấp thông tin cơ bản về chế độ hỏng cần thiết cho việc hiểu vai trò của sự gắn kết đối với các thuộc tính cơ học của composite.
Từ khóa
#sự gắn kết giữa sợi và ma trận #vật liệu composite #cơ học vật liệu #chế độ hỏng #thử nghiệm phân đoạn sợi đơnTài liệu tham khảo
L. T. Drzal andP. J. Herrera-Franco, “Composite Fiber-Matrix Bond Tests”, “Engineered Materials Handbook: Adhesives and Sealants”, Vol. 3 (ASM International, Metals Park, OH, 1990).
B. Miller, P. Muri andL. Rebenfield,Compos. Sci. Technol. 28 (1987) 17.
M. Narkis, E. J. H. Chen, andR. B. Pipes,Polym. Compos. 9 (1988) 245.
A. Kelly, andW. R. Tyson,J. Mech. Phys. Solids 13 (1965) 329.
A. N. Netravali, L. T. T. Topoleski, W. H. Sachse andS. L. Phoenix,Compos. Sci. Technol. 35 (1989) 13.
D. L. Caldwell, andF. M. Cortez,Modern Plastics September (1988) 132.
“Engineered Materials Handbook: Composites”, Vol. 1 (ASM International, Metals Park, OH, 1988).
L. B. Donnet andR. C. Bansal, “Carbon Fibers” (Marcel Dekker, New York, 1984).
M. C. Waterbury andL. T. Drzal,J. Rein. Plast. Compos. 8 (1989) 627.
C. Zweben, W. S. Smith andM. W. Wardle, in “Composite Materials Testing and Design” (Fifth Conference), ASTM STP 674, edited by S. W. Tsai, (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1979) pp. 228–62.
D. F. Adams andD. E. Walrath, “Composite Materials Testing and Design” (Sixth Conference), ASTM STP 787, edited by I. M. Daniel (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1982) pp. 19–33.
L. A. Carlsson andR. B. Pipes, “Experimental Characterization of Composite Materials” (Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ 1987).
L. T. Drzal andM. J. Rich, “Effect of Graphite Fibre-Epoxy Adhesion on Composite Fracture Behavior”, Research Advances in Composites in the United States and Japan, ASTM STP 864 (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1985) pp 16–26.
L. T. Drzal,SAMPE J. 19 (1983) 7.
L. T. Drzal, M. J. Rich, M. F. Koenig, andP. F. Lloyd,J. Adhesion 16 (1983) 133.
K. Hook, R. Agrawal, andL. T. Drzal,J. Adhesion,32 (1990) 157.
J. D. H. Hughes,Carbon 24 (1986) 551.
M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, K. Sugihara, I. L. Spain andH. A. Goldberg, “Graphite Fibers and Filaments”, Springer Series in Materials Science, edited by M. Cardona, (1988) Ch. 6, pp. 120–48.
R. M. Jones, “Mechanics of Composite Materials” (McGraw-Hill, New York, 1975).
H. T. Hahn andM. M. Sohi Compos. Sci. Technol. 27 (1986) 25.
P. Yeung andL. J. Broutman,Polym. Engng Sci. 18 (1978) 62.
N. Sela andO. Ishai,Composites 20 (1989) 423.
W. D. Bascom, D. J. Boll, D. L. Hunston, B. Fuller andP. J. Phillips, “Fractographic Analysis of Interlaminar Fracture”, in “Toughened Composites”, ASTM STP 937, edited by N. J. Johnston (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1987) pp. 131–49.
D. L. Hunston, R. J. Moulton, N. J. Johnston andW. D. Bascom, “Matrix Resin Effects in Composite Delamination Mode I Fracture Aspects”,ibid.“, pp. 74–94.
A. J. Russell andK. N. Street, “The Effect of Matrix Toughness on Delamination Static and Fatigue Fracture Under Mode II Shear Loading of Graphite Fiber Composites”,ibid.“ pp. 275–94.
W. L. Bradley andR. N. Cohen, “Matrix Deformation and Fracture in Graphite-Reinforced Epoxies”, in Delamination and Debonding of Materials, ASTM STP 876, edited by W. S. Johnson (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1985) pp. 389–410.
H. Chai,Engng Fract. Mech. 24 (1986) 413.
A. J. Russell andK. N. Street, “Moisture and Temperature Effects on the Mixed Mode Delamination Fracture of Graphite/Epoxy”, in Delamination and Debonding of Materials, ASTM STP 876, edited by W. S. Johnson (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1985) pp. 349–70.
A. J. Smiley andR. B. Pipes, in “Proceedings of the American Society for Composites, First Technical Conference”, Dayton, OH (Technomic, Lancaster, PA, 1986) pp. 439–49.
H. Chai, in “Proceedings of the American Society for Composites, Fourth Technical Conference”, Blacksburg, VA (Technomic, Lancaster, PA, 1989) pp. 815–25.
W. M. Jordan, in “Proceedings of the American Society for Composites, Third Technical Conference”, Seattle, WA (Technomic, Lancaster, PA, 1988) pp. 495–504.
L. A. Carlsson, J. W. Gillespie andR. B. Pipes,J. Compos. Mater. 20 (1986) 594.
W. M. Jordan andW. L. Bradley, “Micromechanisms of Fracture in Toughened Graphite-Epoxy Laminates”, in Toughened Composites, ASTM STP 937, edited by N. J. Johnston (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1987) pp. 95–114.
V. B. Gupta, L. T. Drzal, C. Y. C. Lee andM. J. Rich,J. Macromol. Sci. Phys. B23 (1985) 435.
W. S. Johnson andP. D. Mangalgiri, “Influence of the Resin on Interlaminar Mixed-Mode Fracture”, in Toughened Composites, ASTM STP 937, edited by N. J. Johnston (American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1987) pp. 295–315.