Факторы, определяющие прочность и деформативность однонаправленных композитов

Механические свойства полимерных волокнистых композитов определяются уровнем упруго-прочностных свойств волокон и матриц, их соотношением и прочностью связи по границе раздела, а также рядом факторов, влияющих на реализацию в композитах упруго-прочностных свойств компонентов, в первую очередь армирующих волокон. Основными факторами являются дефектность армирующих волокон и их геометрические размеры, взаимное влияние волокна и матрицы, напряженность компонентов, макроструктурные несовершенства композита и нарушения его монолитности.
Взаимное влияние волокна и матрицы проявляется в напряженности компонентов из-за различия их термоупругих свойств и в изменении механических характеристик вследствие их взаимной диффузии, химического взаимодействия и каталитического (ингибирующего) влияния на процессы, протекающие при формовании и эксплуатации композитов.
Эти процессы, а также старение матрицы при воздействии среды и температурно-временных факторов могут привести к нарушению монолитности композитов.
К макроструктурным несовершенствам композитов относятся искривление и крутка армирующих волокон, их разориентация (отклонение от заданного направления армирования), неравномерность распределения по сечению композита и пористость матрицы.
Под дефектностью волокон понимается дисперсия их прочности, модуля упругости и удлинения. Форма и размеры поперечного сечения, шероховатость и обрывность непрерывных волокон, а также длина дискретных волокон наряду с перечисленными выше факторами во многом определяют степень реализации в композите их высоких средних характеристик.
Введение коэффициента реализации прочности Kσ и модуля упругости Ke волокон позволяет оценивать влияние отдельных факторов на реализацию в композите средних значений этих показателей. Для высоконаполненных систем с параллельным расположением волокон коэффициенты реализации могут быть определены с достаточной для инженерных расчетов точностью по уравнениям:

Коэффициенты реализации прочности и модуля упругости можно также выразить в виде произведения коэффициентов, учитывающих влияние каждого фактора:

где km, kvσ, kvE, kl, kφ,kп — коэффициенты, учитывающие влияние на степень реализации средних значений прочности и модуля упругости волокон таких факторов, как взаимное влияние компонентов, дисперсия прочности и модуля упругости, дискретность и разориентация волокон и пористость матрицы соответственно.