1. Введение: почему важна прочность на растяжение

Прочность на растяжение и модуль упругости — два наиболее критичных параметра при оценке конструкционной эффективности. В областях аэрокосмической промышленности, автомобилестроения, промышленного оборудования, систем хранения энергии и конструкций, работающих под давлением, надёжность композитных материалов во многом зависит от типа волокна, его ориентации и количества слоёв армирования.

В данном исследовании анализируется механическая прочность композитов, изготовленных из углеродного волокна и стекловолокна посредством стандартных испытаний на растяжение ISO-527. Полученные результаты дают ценные сведения о том, как количество слоёв напрямую влияет на прочность и жесткость композитных конструкций.

2. Методология исследования: стандарты испытаний на растяжение ISO-527

Испытания на растяжение проводились в соответствии со стандартами образцов ISO-527 для обеспечения точности и повторяемости результатов. Были исследованы два типа композитов:

• Непрерывно армированные углепластиковые ламинаты
• Стеклопластики, изготовленные из рубленого матового стекловолокна (CSM)

Все образцы были изготовлены на основе полимерной матрицы с каталитическим соотношением 10:1 для обеспечения надлежащего отверждения и воссоздания промышленных условий производства.

3. Основные выводы: количество слоёв определяет прочностные характеристики

3.1 Двухслойный углепластик: наилучшая механическая эффективность

Исследование показало, что образец, содержащий два слоя углеродного волокна, продемонстрировал лучшие механические свойства:

• Прочность на растяжение: 100,76 МПа
• Максимальная деформация: 1,76% (низкая, что указывает на высокую жесткость)
• Модуль упругости: 5708,4 МПа

Полученные данные подтверждают, что увеличение количества слоёв армирования значительно повышает жесткость, несущую способность и общую прочность на растяжение.

3.2 Однослойный углепластик: минимальная прочность на растяжение

Наименьшие механические показатели были отмечены у образца, содержащего только один слой углеродного волокна:

• Прочность на растяжение: 19,877 МПа

Этот результат демонстрирует ограничения однослойной конструкции и показывает, что недостаточное армирование приводит к более низкой механической эффективности.

3.3 Углеродное волокно vs стекловолокно: различия меньше, чем ожидалось

Предыдущие исследования предполагали, что различия в прочности между углеродными и стеклянными композитами могут быть незначительными для однослойных материалов. Однако результаты подтверждают, что именно конфигурация слоёв, а не тип волокна, играет решающую роль в характеристиках:

• Прочности на растяжение
• Модуля упругости
• Жесткости
• Способности к распределению нагрузки

4. Обсуждение: почему важна конфигурация слоёв

Механическое превосходство многослойного углепластика объясняется улучшенной:

• Эффективностью передачи нагрузки между волокнами и матрицей
• Сопротивляемостью деформации под действием растягивающих сил
• Структурной стабильностью и сниженным риском расслоения
• Ростом модуля упругости, пропорциональным количеству слоёв

Эти свойства делают многослойный углепластик идеальным материалом для инженерных компонентов, где необходимы высокая жесткость, прочность и долговечность.

5. Заключение: двухслойный углепластик — оптимальный выбор

На основе испытаний ISO-527 можно сделать вывод, что двухслойные углепластиковые ламинаты обеспечивают наивысшую прочность на растяжение и жесткость. Такая конфигурация превосходит однослойные углеродные и стеклянные композиты по всем основным механическим показателям.

Для инженерных задач, требующих лёгких, высокопрочных и размерно стабильных материалов — особенно в условиях повышенных эксплуатационных нагрузок — двухслойные углепластики являются оптимальным выбором.