Strukturelle und mechanische Eigenschaften von Glasfasern mit linear und dreidimensional verzweigtem Netzwerk : Teil 2. Abhängigkeit von Ziehkraft und Abkühlgeschwindigkeit

Abstract

Unlike part 1 the effects of mechanical and thermal parameters are here separated as far as possible in discussing the strength and eleastic constants of fibres made from E-glass, calcium-barium metaphosphate, and lithium-sodium metaphosphate glasses. Additional experimental results and conclusions are reported. E-glass fibres are shown to be anisotropic in structure with more bridging oxygens along the axis of the fibre and more non-bridging oxygens across the section. Metaphosphate glasses show orientation of chains of PO4 tetrahedra. Failure to obey Hooke's law at high stress levels can be calculated with a computer-fitted potential and a sine function allowing the deduction that the measured tensile strength can reach 50 to 90 % of the maximum attainable theoretical strength which is determined largely by the ionic fraction of the bonding. Flaws on which fracture depends lie in the nanometre rànge and tend to be oriented along the length of the fibres and to be sharply angular. Α la difference de la premiere partie, on etudie autant que possible separement, en fonction de leur passe thermique et mecanique, les constantes elastiques et la resistance à la traction de fibres de verre E, de metaphosphate calcium-barium et lithium- sodium. En complement de la premiere partie, on obtient les resultats suivants et on en tire les conclusions. Les fibres de verre Ε presentent une structure anisotrope, de teile sorte qu'il y a davantage d'atomes d'oxygene pontants dans le sens longitudinal des fibres et davantage d'atomes d'oxygene non pontants dans le sens transversal. Les verres de metaphosphate presentent des tetraedres PO4 orientes en forme de chaine. Le fait que les fibres soumises à des contraintes de traction elevees n'obeissent pas à la loi de Hooke, permet de conclure, à l'aide d'une equation de potentiel adaptee et d'une fonction sinusoidale, que les resistances à la traction mesurees atteignent 50 à 90 % environ de la resistance theorique maximale et que la fraction de liaison ionique determine la resistance mecanique de fagon preponderante. Les failles de Griffith qui jouent un role important dans la mecanique de fracture sont situees dans le domaine du nanometre; on suppose qu'elles sont orientees dans le sens de la longueur des fibres et qu'elles ont une forme tres etiree. Im Gegensatz zu Teil 1 werden in Teil 2 die elastischen Konstanten und die Zugfestigkeit der Glasfasertypen aus E-Glas, Calcium-Barium- und Lithium-Natriummetaphosphatglas in Abhängigkeit von der mechanischen und thermischen Vorgeschichte soweit wie möghch getrennt behandelt. Zusätzlich zu Teil 1 werden folgende Ergebnisse erhalten und Rückschlüsse gezogen. Die E-Glasfasern sind in ihrem strukturellen Aufbau anisotrop dergestalt, daß in Faserlängsrichtung mehr Brücken-, quer dazu mehr Nichtbrückensauerstoffatome vorliegen. In den Metaphosphatgläsern liegen Orientierungen kettenförmiger PO4-Tetraeder vor. Aus dem Nicht-Hookeschen Verhalten der Fasern bei hohen Zugspannungen kann mit Hilfe eines angefitteten Potentialansatzes und einer Sinusfunktion geschlossen werden, daß die gemessenen Zugfestigkeiten etwa 50 bis 90 % der maximal erreichbaren (theoretischen) Festigkeit erreichen und vorwiegend der ionische Bindungsanteil die Festigkeit bestimmt. Die Kerbstellen, von denen die bruchmechanisch wirksamen im Nanometerbereich liegen, liegen vermutlich in Faserlängsrichtung orientiert und in stark gereckter Form vor.