Стеклопластик прочность при растяжении
Что такое стеклопластик?
Как конструкционные материалы стеклопластики появились уже достаточно давно, около 70 лет назад. Но производство изделий из них существовало, в основном, только в оборонной и аэрокосмической отраслях. Такое узкое применение приводило к высокой стоимости материалов и препятствовало распространению в массовом производстве.
В настоящее время благодаря появлению на рынке производителей и поставщиков с широким и доступным ассортиментом качественного сырья и материалов, производство стеклопластиковых изделий активно развивается. Области применения стеклопластика непрерывно расширяются, особенно в химической и смежных отраслях.
В области очистки промышленных, хозяйственно-бытовых и ливневых стоков, в которой специализируется наша компания, стеклопластику также всё больше отдается предпочтение перед металлом.
Резервуары и аппараты, изготовленные из стеклопластика, по многим параметрам не уступают стальным, а по некоторым и превосходят их.
При производстве оборудования и сооружений для очистки хозяйственно-бытовых стоков и канализации в основном используется полиэфирный стеклопластик – материал, получаемый путем пропитки стеклянного волокна (ткани, маты, нити) термореактивными полиэфирными смолами с последующим отверждением. Эта технология позволяет получить изделия самых различных форм и размеров, сложной конфигурации, при этом, не требуя сварочного, прессового и листогибочного оборудования, а в качестве материалов для матриц используются древесные и древесно-стружечные материалы.
Стеклопластик относится к группе слоисто-волокнистых композитных материалов. Тонкие высокопрочные стеклянные волокна обеспечивают прочность и жесткость стеклопластика. Связующее придает материалу монолитность, способствует эффективному использованию механических свойств стеклянного волокна и равномерному распределению усилий между волокнами, защищает волокно от химических, атмосферных и других внешних воздействий, а также само воспринимает часть усилий, развивающихся в материале при работе под нагрузкой.
Благодаря армированию полимерной матрицы стекловолокном, стеклопластик приобретает свойства, недоступные обычным пластмассам, он на порядок лучше них по прочности, абразивному износу, линейному расширению, ударным и вибрационным нагрузкам.
Сравнение характеристик стеклопластика и стали
Из-за высоких прочностных характеристик, стеклопластик уже успели прозвать «легким металлом», который уступает стали по абсолютным значениям предела прочности, но в 4 раза легче её и превосходит сталь по удельной прочности. При изготовлении равнопрочных конструкций из стали и стеклопластика, стеклопластиковая конструкция будет в несколько раз легче. Это позволяет, в свою очередь, сократить металлоемкость сооружения в целом (например, применение стеклопластиковых труб в системах водораспределения градирен), а также энергоемкость (экономия в весе переходит в экономию энергии в случае наличия движущихся металлических элементов). Отсюда широкое применение стеклопластика в качестве материала для лопастей вентиляторов тех же градирен.
Стеклопластик имеет теплопроводность на два порядка ниже, чем у стали (примерно, как у дерева), всвязи с этим снижаются и теплопотери в наружных установках канализации и водоочистки (меньшие затраты на теплоизоляцию).
Высокая стойкость ко всем видам коррозии позволяет увеличить срок службы оборудования до 50 лет, без мероприятий для защиты от коррозии (футеровки, окраски, катодной защиты и т.п.).
Подбирая марки и сочетание смол для разных составов агрессивных сред, можно получить композит гораздо более стойкий, чем специальные нержавеющие сплавы. При этом применение стеклопластиков ведет к снижению затрат на изготовление коррозионностойкого оборудования на 20-80% по сравнению с затратами на изготовление этого оборудования из традиционных материалов.
Ниже приведена сравнительная таблица основных характеристик стеклопластика и стали.
| Сталь | Стеклопластик | |
|---|---|---|
| Плотность (кг/м3) | 7800 | 1800 |
| Модуль упругости, ГПа | 210 | 55 |
| Коэффициент Пуассона | 0,345 | 0,3 |
| Удельный модуль упругости, км | 2692 | 2895-3056 |
| Предел прочности (для металлов предел текучести) при растяжении, МПа | 240 | 140-700 |
| Удельный предел прочности (для металлов предел текучести), км | 3,1 | 89-94 |
| Отношение усталостной прочности к статической (число циклов 107) | 0,26 | 0,29 |
| Теплопроводность при 20 oC, Вт/м oC | 64 | 0,75 |
| Удельное объёмное электрическое сопротивление, Ом x м | Проводник | 1,0×1010 |
| Коэффициент линейного расширения, x106 град-1 | 11,9-14,2 | 0,45-8,3 |
| Стойкость к воздействию химически агрессивных сред, солевых растворов | Не стоек. Требуются мероприятия по защите от коррозии | Стоек |
| Эксплуатационные затраты | Требуются регламентные работы не реже 1-2 раза в год | Восстановление цветовой окраски по мере снижения её интенсивности |
| Срок службы аппаратуры, лет | До 15 | До 50 |
| Возможность реализации архитектурно-дизайнерских решений | Требуется дорогостоящая реконструкция оборудования | Требуется изготовление недорогой технологической оснастки |
Рекомендуем к приобретению водораспределительную систему из стеклопластика, которая станет долговечным, надежным и современным решением для градирен любых типов. За консультацией обращайтесь к нашим специалистам.
Автор: ООО «НПО «Агростройсервис»
Дата публикации: 19.01.2018
Источник
Сравнение физико-механических свойств эпоксидного композиционного материала производства фирмы ООО «Эволюшн Моторс» с различными металлическими материалами.
В таблице 1 приведены физико-механические характеристики композиционного материала изготовленного ООО «Эволюшн Моторс». Испытания проводились лабораторией неметаллических материалов ОАО «НПП «Звезда».
Таблица 1.
Физико-механические характеристики композиционного материала изготовленного ООО «Эволюшн Моторс».
| Наименование показателя | Величина показателя | Метод измерения |
| Плотность материала, г/см3 | 1,72 | ГОСТ 15139-69 |
| Прочность при разрыве, МПа | 277 | ГОСТ 11262-80 |
| Модуль упругости при растяжении, МПа | 5,1*103 | ГОСТ 9550-81 |
| Разрушающее изгибающее напряжение, МПа | 155 | ГОСТ 4648-71 |
| Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2 | 172 | ГОСТ 4647-80 |
В таблице 2 приведены физико-механические характеристики различных металлических материалов из справочника авиационных материалов [1].
Таблица 2 Физико-механических показателей различных материалов.
Наименование показателя | Наименование материала | |||
Сталь 3 | Сталь 45 | Дуралюмин Д16 | Алюминиево-магниевый сплав АМг6 | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Плотность материала, г/см3 | 7,8 | 7,8 | 2,8 | 2,6 |
Допускаемое напряжение при растяжении (статическая нагрузка), МПа | 125 | 200 | 270 | 147 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Модуль нормальной упругости, МПа | 210*103 | 200*103 | 6,8*103 | 6,9*103 |
Допускаемое напряжение при изгибе (статическая нагрузка), МПа | 140 | 240 | 270 | 147 |
Ударная вязкость, кДж/м2 | 784 | 882 | 230 | 392 |
При указанных в таблице 2 значениях допускаемых напряжений в материале не происходит значительных деформаций, способных разрушить конструкцию. Значения в таблице 1 получены при разрушении материала, поэтому для корректного сравнения необходимо учитывать коэффициент запаса прочности. Если этот коэффициент равен 2 (нагрузки, возникающие в материале в 2 раза меньше, чем максимально возможные), то значения прочности и напряжения при изгибе необходимо уменьшить в 2 раза и полученные цифры сравнивать со значениями таблицы 2. Таким образом можно составить сравнительную таблицу.
Таблица 3 Сравнение физико-механических показателей различных материалов
| Показатель | Материал | ||||
| Ст 3 | Ст 45 | Д16 | АМг6 | Композит | |
| Плотность материала, г/см3 | 7,8 | 7,8 | 2,8 | 2,6 | 1,72 |
| Допускаемое напряжение при растяжении, МПа | 125 | 200 | 270 | 147 | 138,5 |
| Модуль нормальной упругости, МПа | 210*103 | 200*103 | 6,8*103 | 6,9*103 | 5,1*103 |
| Допускаемое напряжение при изгибе, МПа | 140 | 240 | 270 | 147 | 77,5 |
| Ударная вязкость, кДж/м2 | 784 | 882 | 230 | 392 | 172 |
По величине допускаемого напряжения при растяжении композит близок к показателям стали 3 и алюминиевого сплава АМг6, при этом легче в 4,5 и 1,5 раза соответственно. Но чистое растяжение характерно для канатов, а для корпусных конструкций наиболее характерной нагрузкой является изгиб.При изгибе в любом сечении конструкции возникают одновременно растяжение и сжатие. Для пластичных материалов (алюминиевые, медные сплавы и пр.) допускаемое напряжение при обоих видах воздействий одинаково, поэтому допускаемые напряжение при изгибе и растяжении равны для этих материалов. По величине допускаемого напряжения при изгибе композит почти в 2 раза проигрывает стали 3 и сплаву АМг6. Если взять равнопрочные балки из этих трех материалов, то стальная балка будет тяжелее композитной в 2,5 раза, но композитная будет тяжелее, чем балка из АМг6 в 1,25 раза. Модуль упругости это величина характеризующая жесткость материала. Значение для композита близко к значениям для алюминиевых сплавов, но практически в 40 раз проигрывают сталям. Ударная вязкость характеризует устойчивость материала к воздействию ударной нагрузки, по сути, хрупкость материала. Ударная вязкость композита в 0,5 меньше, чем у Д16 и в 2 раза меньше чем у АМг6. Для сталей этот показатель гораздо больше. Таким образом, можно сказать, что в качестве конструкционного материала для судостроения представленный композит близок по своим характеристикам к алюминиевым конструкционным сплавам. По жесткости и сопротивлению удару композит значительно проигрывает сталям, но гораздо легче.
[1] – сведения из справочника в 9 томах «Авиационные материалы», изд. МАП. ВИАМ – 1975 г.
Источник
Сравнительные технические характеристики и преимущества
композитной стеклопластиковой арматуры
Основные преимущества стеклопластиковой арматуры
Прежде всего,арматураиз полимерных строительных материалов, отличается высокой прочностью и достаточно низким удельным весом (меньше практически в четыре раза), если сравнивать с аналогичной арматурой, изготовленной из металла. К тому же показатель прочности на разрыв у композитной арматуры из стеклопластика в два с половиной раза превышает данный показатель у аналогов из металла. Эти свойства позволяют в значительной степени расширить область использованиястеклопластиковой арматуры. Сравнительные характеристики композитной арматуры АКП-СП и стальной арматуры A-III
Сравнительные технические характеристики композитной стеклопластиковой арматуры и стальной арматуры
| Характеристики | Арматура металлическая класса A-III (A400C) | Арматура композитная полимерная стеклопластиковая (АКС) | Описание |
|---|---|---|---|
| Материал | Сталь | Стеклоровинг, связанный полимером на основе эпоксидной смолы | |
| Предел прочности при растяжении, МПа | 390 | 1268 | Чем выше показатель, тем лучше. Характеристика арматуры на разрыв — самый основной показатель при учете нагрузок на готовое изделие. Во всех готовых изделиях арматура работает именно на разрыв, кроме плит перекрытия в которых учитывается еще и её модуль упругости. |
| Модуль упругости, Мпа | 200 000 | 60 000 | Чем выше показатель тем лучше. Характеристика показывающая нагрузку на прогиб арматуры, в готовых изделиях. Учитывается только в межэтажных плитах перекрытия, перемычках, мостостроении и т.п. |
| Относительное удлинение, % | 25 | 2,2 | Чем ниже показатель, тем лучше. Характеристика которая помогает избежать трещин в фундаменте. Стеклопластик в отличие от металла практически не растягивается. Является немаловажным фактором при заливке полов, при изготовлении дорожных плит. Отрезок дороги в г. Пермь по ул. Карпинского(От путепровода через транссибирскую железнодорожную магистраль до ул. Стахановская) был изготовлен 9 лет назад с применением композитной арматуры до сих пор полностью отсутвуют продольные и поперечные трещины и разрушение асфальтобетонного покрытия(!). |
| Плотность, т/м3 | 7 | 1,9 | Влияет на вес изделия. |
| Коррозионная стойкость к агрессивным средам | Коррозирует | Нержавеющий материал | Характеристика позволяющая использовать материал в агрессивной среде и в местах непосредственного контакта с водой (укрепление береговой линии, колодцы, водоотливы, бордюры и т.п.), а также дающая экономию бетона при производстве плит, за счёт уменьшения защитного слоя (который для металлической арматуры значительно больше). |
| Теплопроводность | Теплопроводна | Нетеплопроводна | Данная характеристика позволяет увеличить сохранение тепла в зданиях на 35% больше, чем металлическая в случае применения в качестве гибких связей внешних стен с отделочным материалом ( т.к. в отличие от стальной арматуры не образует мостиков холода). |
| Электропроводность | Электропроводна | Неэлектропроводна — диэлектрик | В отличие от стальной арматуры, не создает «экрана», который мешает работе сотовой связи. |
| Выпускаемые профили, мм | 6 — 80 | 4 — 24 | В разработке другие размеры, а также арматура различной конфигурации. |
| Длина | Стержни длиной 6 — 12 м | В соответствии с заявкой покупателя. Любая строительная длина. Возможна поставка в бухтах. | Данная характеристика дает экономию за счет уменьшения или практически полного отсутвия обрезков по сравнению с металлической арматурой а так же дает преимущество исключая связку хлыстов между собой, так как длина в бухте 100 и более метров |
| Экологичность | Экологична | Нетоксична, по степени воздействия на организм человека и окружающую среду относится к 4 классу опасности (малоопасна) | Вреда для здоровья не выявлено. Имеется гигиенический сертификат. |
| Долговечность | В соответствии со строительными нормами около 50 лет. | Неизвестно | Так как материал не корозирует и не вступает в реакцию с агресивными средами то о его долговечности можно только догадываться. |
| Параметры равнопрочного арматурного каркаса при нагрузке 25 т/м2 | При использовании арматуры 8 А-III размер ячейки 14 x 14 см. вес 5,5 кг/м2 | При использовании арматуры 8 АКС размер ячейки 23 x 23 см. вес 0,61 кг/м2. Уменьшение веса в 9 раз. | Меньший вес композитной арматуры позволяет добиться значительной экономии на доставке и удобства при погрузо-разгрузочных работах. |
Равнопрочная замена стальной металлической на композитную стеклопластиковую арматуру.
Понятие равнопрочной замены представляет собой замену арматуры произведенной из стали, на арматуру из композитных материалов, которая имеет такую же прочность и схожие прочие физико-механические показатели. Под равнопрочным диаметром стеклопластиковой арматуры, будем понимать ее такой наружный диаметр, при котором прочность будет равна прочности аналога из металла заданного диаметра.
Равнопрочная замена
| Металлическая арматура класса A-III (A400C) | Арматура композитная полимерная стеклопластиковая (АКС) |
|---|---|
| 6 | 4 |
| 8 | 5,5 |
| 10 | 6 |
| 12 | 8 |
| 14 | 10 |
| 16 | 12 |
| 18 | 14 |
| 20 | 16 |
Диаграмма растяжения. Определения предела текучести и предела прочности металлической арматуры
На рисунке 1 приведена кривая зависимости напряжения от деформации металлической арматуры.
Рисунок 1
На рисунке 2 приведено примерное расположение кривых зависимости напряжения
от деформации металлической и композитной арматуры (1).
Рисунок 2
Описание характерных точек диаграммы
σп- Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности. Предел пропорциональности зависит от условно принятой степени приближения, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую.
Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости σу, т.е это наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.
σт- предел текучести.
Под пределом текучести понимается то напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, за предел текучести условно принимается величина напряжения, при котором остаточная деформация составляет 0,2%.
Отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения носит название предела прочности или временного сопротивления. Предел прочности также является условной величиной.
Единица измерения предела текучести и предела прочности — паскаль Па. Более удобно предел текучести и предел прочности измерять в мегапаскалях МПа.
Анализ графика:
- при малых нагрузках композитная арматура тянется лучше, чем металлическая.
- до того как в металле перестает действовать закон Гука, обе кривые почти прямолинейны.
- после того как метал начинает «течь», композитная арматура продолжает работать как раньше.
- после того как закон Гука перестал работать в композитной арматуре, стальная давно уже лопнула.
- композитная арматура почти не течет, а сразу лопается, это видно, когда косая прямая (1) очень быстро переходит в горизонтальную и прерывается.
- из графика видно, что композитная арматура выдержит намного большую нагрузку, чем металлическая.
- металлическая арматура вытянется и лопнет, когда при такой же нагрузке, композитная ведет себя намного лучше, так как график не меняет своего направления.
Источник
|
Существует
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Источник