玻璃纖維有如此高的強(qiáng)度,其原因并不確定,許多專家學(xué)者對玻璃纖維高強(qiáng)的原因,提出了各種不同假說。
(1)微裂紋假說
微裂紋假說認(rèn)為:玻璃的理論強(qiáng)度取決于分子或原子間的引力,其理論強(qiáng)度很高,可達(dá)2000-12000MPa。但實測強(qiáng)度很低,這是因為在玻璃或玻璃纖維中存在著數(shù)量不等、尺寸不同的微裂紋,因而大大降低了強(qiáng)度。微裂紋分布在玻璃或玻璃纖維的整個體積內(nèi),但以表面的微裂紋危害大。由于微裂紋的存在,使玻璃在外力作用下受力不均,在危害大的微裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中,從而使強(qiáng)度下降。
玻璃纖維比玻璃的強(qiáng)度高得多,這是因為玻璃纖維高溫成型時減少了玻璃溶液的不均一性,使微裂紋產(chǎn)生的機(jī)會減少。此外,玻璃纖維的斷面較小,隨著表面積的減小,使微裂紋存在的幾率也減少,從而使纖維強(qiáng)度增高。有人明確地提出,直徑細(xì)的玻璃纖維強(qiáng)度比直徑粗的纖維強(qiáng)度高的原因,是由于表面微裂紋尺寸和數(shù)量較小,從而減少了應(yīng)力集中,使纖維具有較高的強(qiáng)度。
(2)分子取向假說
分子取向假說認(rèn)為,在玻璃纖維成型過程中,由于拉絲機(jī)的牽引力作用,使玻璃纖維分子產(chǎn)生定向排列,從而提高了玻璃纖維的強(qiáng)度。
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