Анизотропия механических свойств пластмасс и древесины

Основными механическими характеристиками древесины и пластмасс являются прочность, жесткость, твердость, трещиностойкость (для полимербетонов) Их следует учитывать при воздействии на конструкции внешних нагрузок. В конструкциях древесина и пластмассы подвергаются следующим видам деформации: растяжению, сжатию, изгибу, сдвигу.

Древесина и большинство конструкционных пластиков — материалы с ярко выраженной анизотропией, т е. обладают разными механическими свойствами в разных направлениях. Анизотропия обусловлена структурой, строением и составом материалов.

Рассмотренные выше строение и состав древесины обусловливают анизотропию ее свойств уже в самых начальных структурных элементах древесины — цепных молекулах целлюлозы, мицеллах, фибриллах, составляющих основу клеточной оболочки. С ростом структурных элементов от микроструктуры к макроструктуре и вплоть до ствола дерева неравномерность механических свойств проявляется все больше Само строение древесины определяет три взаимно перпендикулярных направления: вдоль волокон, поперек волокон радиально (по радиусу поперечного сечения ствола) и поперек волокон тангентально (по касательной к годичному слою), по которым свойства древесины существенно различаются. На схеме рис. 16, а эти направления обозначены буквами a, r, t. В направлении а (вдоль волокон) древесина обладает наибольшими прочностными и упругими свойствами, а в направлении поперек волокон — наименьшими.

Анизотропия армированных пластмасс обусловлена ориентацией стекловолокна или древесных шпонов в определенном направлении (рис. 16, б, б). К таким материалам относятся древеснослоистые пластики, фанера, стеклопластик СВАМ, стеклотекстолиты КАСТ и др. Термопласты (оргстекло, винипласт), пенопласты можно отнести к изотропным материалам. Полиэфирные стеклопластики с хаотично расположенным рубленым волокном по своим свойствам также ближе к изотропным материалам.

Рассмотренные особенности строения армированных пластмасс и древесных пластиков, структурные факторы имеют взаимосвязь с их физико-механическими свойствами, которая может быть установлена эмпирическим путем (например, для древесных пластиков) или выведена теоретически для любого стеклопластика. Располагая такими зависимостями, можно избежать элементов случайности при выборе армированных пластиков для применения в определенных видах конструкций. Более того, проектировщик имеет возможность проектировать сам материал и выдавать технологам задание на получение армированных пластиков с определенными механическими свойствами Целенаправленное проектирование материала в соответствии с его напряженным состоянием в элементе (конструкции) повышает надежность конструкции и дает экономию материалов. В этом существенное отличие и преимущество композиционных конструкционных материалов перед древесиной.