Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Influences of Hardened Aluminium HMMC on Tribological, Flexural and Impact Strength of Wheel Rim Element with Prognostications

Kamatchisankaran S., Bovas Herbert Bejaxhin Alphonse, Ramkumar Kathalingam, Ramanan Nandagopan

Archives of Metallurgy and Materials

|

2024

|

Vol. 69, iss. 3

1015--1025

EN

The primary goal of this research is to develop hybrid non-ferrous material composites with high flexural and impact strengths by testing the mechanical, thermal, and corrosion properties of AA 6061 wheel rims with various silicon carbide (SiC) and zirconium sulphide (ZrSO4) compositions. This produces an alloy with high strength and perceptible hardenability that is used in a variety of marine space industries. Because of its exceptional strength-to-density ratio, it is a highly sought-after metal matrix composite in the automobile industry. This innovative composite material offers lower weight and higher impact strength when compared to the current wheel rim alloy. Designs of experiments based recommendations and results of simulations in order to prolong the life of the wheel rim.

2

A Novel Real-Time Assessment of the Wear Analysis of Cu-Ni-Sn Hybrid Composite for Multifunctional Applications Strengthened by Nano B4C

Lenin Haiter A., Murugan Srinivasan, Arul Sujin Jose, Vasanthi Mary S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2024

|

Vol. 69, iss. 3

1027--1037

EN

The hybrid composite is fabricated by powder metallurgy technique. The addition of ceramic reinforcements to the matrix phase helps in attaining tribological properties. Initially, the metal powders are prepared by atomization and reduction process. To reduce oxidation of pure metals, electrolytic process is carried out. The crushing, milling and sintering process are carried after atomization to obtain fine grain sized particles; these are then characterized using Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffractometer (XRD). The obtained particles are then blended and compacted to attain better hardness and wear resistant of the materials. The hybrid composites prepared for the analysis by reinforcing 15%Ni-8%Sn-4%B4C to the matrix phase Cu. The pin-on-disc method is incorporated to study the wear rate, hardness and co-efficient of friction. By varying the contribution parameters such as load 10 N-25 N, sliding distance 400 mm-1000 mm and sliding speed, the matrix phase materials exhibited rigorous wear, whereas the reinforced hybrid composite (Cu-15%Ni-8%Sn-4%B4C) provide good strength and wear resistant and also reduced volume loss of 25×10-5cm3 and 110×10-5cm3 for 10 N load with 400 mm and 1000 mm sliding distance even at sintering temperature of 900°C. The microstructure and morphology of the worn surface is analyzed using Scanning Electron Microscopy images. The sintered density of the hybrid composite is less due to reduced number of pores and so material defect is also condensed.

3

Synthesis and Characterization of Novel Aluminum Composites: A Compo-Casting Approach with ZrO2, Al2O3, and SiC

Farahany S., Hamdani M. K., Salehloo M. R., Krol M., Cheraghali E.

Archives of Foundry Engineering

|

2024

|

Vol. 24, iss. 2

88--97

EN

The present study evaluates the microstructural features, mechanical properties, and wear characteristics of the newly developed hybrid composite of A356/ZrO2/Al2O3/SiC produced by compo-casting at 605±5 °C, 600 rpm for 15 minutes with less than 30% solid fraction in which Bi and Sn were added separately to the matrix before introducing reinforcements. FESEM micrographs and corresponding EDS illustrated the successful incorporation of particles in the matrix. Fine particles of ZrO2 were observed close to the coarse Al2O3, and SiC particles, along with Bi and Sn elements, were detected at the eutectic evolution region. The A356+Bi/Al2O3+ZrO2+SiC hybrid composite exhibited the lowest specific wear rate (1.642 ×10-7cm3/Nm) and friction coefficient (0.31) under applied loads of 5, 10, and 20 N, in line with the highest hardness (73.4 HBN). Analysis of the worn surfaces revealed that the wear mechanism is mostly adhesive in all synthesized composites, which changed to the combination of adhesive and abrasive mode in the case containing Bi and SiC. Inserting Bi not only leads to the refinement of eutectic Si but also enhances the adhesion between the matrix/particles and improves lubricity. This, in turn, reduces the wear rate and coefficient of friction, ultimately improving the performance of the hybrid composite.

4

The effect of vibration frequency on shear punch strength and wear resistance of AZ70 magnesium matrix composite manufactured by FSVP

Liu Shoufa, Li Chunfeng, Huang Pengfei, Paidar Moslem, Qiao Xun, Zhou Yanan, Wang Jinpeng, Zhao Song

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2024

|

Vol. 24, no. 2

art. no. e58, 2024

EN

A friction stir vibration processing (FSVP) with different vibration frequencies (20 Hz, 40 Hz, and 80 Hz) was employed for the fabrication of AZ70/ZrO2–CeO2 surface composite with the aim of improving mechanical and wear performance. Thus, the influence of vibration frequency as a vital parameter on the microstructure and reinforcement distribution, shear punch strength (SPT), and wear behavior of the composites was investigated. The results indicated that the material flow, agglomeration of particles, and dislocation density were influenced by the increasing vibration frequency that can be contributed to the successive mechanical stirring-assisted plastic deformation/strain and further grain refinement. It was also demonstrated that when vibration frequency was increased, the shear punch strength (by about 34%) and wear resistance (by about 44%) of the developed composites improved.

5

A Study on the Influence of Reinforcement Volume on AA5083/(SiC-Gr) Hybrid Surface Composite Developed by Friction Stir Processing

Bharti Shalok, Ghetiya Nilesh D., Patel Kaushik M., Saxena Kuldeep K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2023

|

Vol. 68, iss. 2

625--629

EN

In this study, a hybrid surface composite of AA5083/SiC-Gr was produced by Friction Stir Processing (FSP). Reinforcement material each in 50:50 proportion was filled in the base matrix using holes method. Three different hybrid reinforcement volumes of 301.6 mm3, 452.4 mm3, and 603.2 mm3 were prepared for surface composite. Optical and Scanning Electron Microscopy was used to check the quality of the prepared surface composite and homogeneous distribution of reinforcement was observed in the images. It was observed that due to better uniform distribution of reinforcement particles during 3 pass FSP, specimens with 301.6 mm3 reinforcement volume showed enhanced microhardness and wear properties in comparison with the other specimens.

6

Morphology and selected properties of kenaf fiber/cornhusk reinforced corn starch hybrid biocomposites

Hazrol M. D., Sapuan S. M., Ilyas R. A., Zainudin E. S., Zuhri M. Y. M., Abdul Wahab N. I.

Polimery

|

2022

|

Vol. 67, nr 11-12

575--587

EN

The study examined the effect of the cornhusk fibers (CHF) content on the structure, physical, mechanical and water barrier properties of composites obtained on the basis of corn starch (CS) and kenaf fiber (KF), used in the amount of 6 wt%. Sorbitol in the amount of 30 wt% was used as a plasticizer. Hybrid biocomposite films were obtained using the solution casting technique. The addition of CHF reduced the water absorption and solubility of the film in water. Increasing the CHF content in the composite resulted in greater film thickness, weight and density. Thanks to good biocompatibility (FESEM) the composites showed higher tensile strength and Young’s modulus. However, elongation at break was lower. FTIR results confirmed the intermolecular hydrogen bonding between the matrix and the fibers. The best properties were obtained at 6 wt% CHF content.

PL

W pracy zbadano wpływ zawartości włókien z łusek kukurydzy (CHF) na strukturę, właściwości fizyczne, mechaniczne i barierowe dla wody kompozytów otrzymanych na bazie skrobi kukurydzianej (CS) i włókna kenaf (KF), stosowanego w ilości 6% mas. Jako plastyfikator użyto sorbitol w ilości 30% mas. Folie biokompozytów hybrydowych otrzymywano techniką odlewania z roztworu. Dodatek CHF zmniejszał absorpcję wody i rozpuszczalność folii w wodzie. Zwiększenie zawartości CHF w kompozycie skutkowało większą grubością, gramaturą i gęstością folii. Dzięki dobrej biozgodności (FESEM) kompozyty wykazały większą wytrzymałość na rozciąganie oraz moduł Younga. Jednak wydłużenie przy zerwaniu było mniejsze. Wyniki FTIR potwierdziły obecność międzycząsteczkowych wiązań wodorowych między osnową polimerową i włóknami. Najlepsze właściwości uzyskano przy zawartości 6% mas. CHF.

7

Microstructure, mechanical performance and wear behavior of AZ91D-B4C-ZrO2 hybrid composites

Gali Singaiah, Prattipati Prasanna

Composites Theory and Practice

|

2022

|

R. 22, nr 4

219--224

EN

The stir casting process was used to produce AZ91D magnesium alloy hybrid composites reinforced with boron carbide (B4C) and zirconia (ZrO2). The microstructure of the composites revealed heterogeneity in the reinforcing phase distribution. A pin-on-disc test was conducted to investigate the tribological features of the fabricated composites such as the wear and coefficient of friction under dry sliding conditions. Increased hardness was observed for the composites due to the dispersion of the reinforcement. The composite with 2 wt.% ZrO2 + 3 wt.% B4C exhibited a higher yield strength and increased tensile strength compared with the other specimens. It was observed that the addition of B4C and ZrO2 improved the wear resistance of the AZ91D alloy as reflected by the lower wear rate. Among all the specimens, the composite reinforced with 2 wt.% ZrO2 + 3 wt.% B4C has the highest wear resistance. Hence, it can be concluded from the present work that incorporating B4C and ZrO2 is a promising way to achieve better mechanical properties and wear properties of AZ91 composites.

8

Effect of Accelerated Ageing on the Ballistic Resistance of Hybrid Composite Armour with Advanced Ceramics and UHMWPE Fibres

Fejdyś Marzena, Kucharska-Jastrząbek Agnieszka, Kośla Katarzyna

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2020

|

Vol. 28, no. 1 (139)

71--80

EN

The main objective of this complex study was to evaluate the durability of newly developed ballistic inserts designed using ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) fibres and advanced ceramics (Al2O3 or SiC). The forecasting of changes in the properties of the newly developed ballistic system is related to safe use and reliable construction, and requires ageing tests to be carried out in natural conditions. Due to the length of this process, a program of tests was developed for simulated use of the composite ballistic inserts under conditions of accelerated ageing, taking into account the 6-year lifespan of these products, which is in accordance with the PN-V-87000:2011 standard. As part of the research work, the new ballistic inserts were tested, and also ones subjected to laboratory ageing for 50, 100, 150 days, which corresponded to 2.2, 4.3 & 6.5 years of ageing in real conditions. The samples selected were verified in terms of ballistic and mechanical behaviour as well as changes in their chemical structure. Changes in the microstructure of the ballistic materials were evaluated using DSC analysis as well as infrared spectroscopy (FTIR-ATR).

PL

Głównym celem realizowanych prac była ocena trwałości nowoopracowanych wkładów balistycznych wykonanych z wysokowytrzymałego materiału na bazie polietylenu o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym (UHMWPE) oraz heksagonalnej ceramiki (Al2O3, SiC). Prognozowanie zmian właściwości nowoopracowanych wyrobów balistycznych związane jest z bezpieczeństwem użytkowania oraz niezawodnością konstrukcji i wymaga przeprowadzenia badań starzeniowych w warunkach naturalnych. Ze względu na długotrwałość tego procesu opracowano program badań symulacji użytkowania kompozytowych wkładów balistycznych w warunkach przyspieszonego starzenia, uwzględniający 6-letni okres użytkowania tych wyrobów, zgodnie z normą PN-V-87000:2011. W ramach pracy przeprowadzono badania nowych wkładów balistycznych, jak również poddanych starzeniu laboratoryjnemu. Wkłady balistyczne poddano działaniu przyspieszonego starzenia w czasie 50, 100, 150 dni, co odpowiadało 2,2, 4,3, 6,5 latom naturalnego starzenia. Dla wytypowanych próbek zostały przeprowadzone badania: właściwości balistycznych i mechanicznych oraz zmian ich struktury chemicznej. Zmiany w strukturze materiałów balistycznych oceniono za pomocą metod: analizy termicznej DSC, spektroskopii w podczerwieni (FTIR-ATR).

9

Mechanical and thermal behavior of hybrid glass/jute fiber reinforced composites with epoxy/polyester resin

Manuneethi Arasu P., Karthikayan A., Venkatachalam R.

Polimery

|

2019

|

T. 64, Nr 7-8

504--508

EN

The hybrid glass/jute fiber composites were fabricated by hand layup (HL) and vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) method using epoxy and isophthalic polyester resins as matrices. The effects of fiber and matrix type as well as fabrication method on the tensile and flexural mechanical strength of resulting composites were investigated. The morphological fracture was analyzed based on scanning electron microscopy (SEM) images. Also, the curing characteristics of two matrix resins was studied by using differential scanning calorimetry (DSC). For glass fiber composite, the curing rate of polyester resin is faster at 100 °C than that of composite with epoxy matrix. Using VARTM process, the composite with high fiber volume fraction (Vf) of 52% was obtained.

PL

Hybrydowe kompozyty z włóknem szklanym i jutowym otrzymano metodami laminowania ręcznego (HL) oraz wspomaganego próżniowo formowania polimeryzacyjnego (VARTM) na osnowie żywicy epoksydowej lub izoftalowej poliestrowej. Badano wpływ rodzaju wzmocnienia i osnowy oraz metody wytwarzania kompozytów na ich wytrzymałość w testach rozciągania i zginania. Morfologię przełomów kompozytów analizowano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Metodą skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC) określono charakterystykę utwardzania kompozytów na różnych osnowach żywicznych. Szybkość utwardzania w temperaturze 100 °C kompozytów żywicy poliestrowej z włóknem szklanym jest większa niż kompozytów z osnową żywicy epoksydowej. Metodą VARTM uzyskano kompozyt z dużym udziałem objętościowym włókna (Vf) równym 52%.

10

Failure analysis of laminated composite plate under hygro-thermo mechanical load and optimisation

Choudhury A., Mondal S. C., Sarkar S.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2019

|

Vol. 24, no. 3

509--526

EN

Failure analysis of laminated composite plates for different mechanical, thermo mechanical and hygro-thermo mechanical loads for different ply thicknesses, stacking sequences, fiber orientation angles and composite material systems is presented in the paper. A comparative study of different failure theories is also presented in the paper. The effect of fiber orientation angles on the first ply failure load is also studied. A hybrid composite laminate is developed based on the first ply failure load which minimizes weight and cost. The last ply failure load based on fully discounted method is calculated for different stacking sequences. An optimum composite material system and laminate layup is studied for a targeted strength ratio which minimizes weight.

11

Novel hybrid composites based on polypropylene with basalt/carbon fiber

Kuciel S., Kufel A.

Polimery

|

2018

|

T. 63, nr 5

387--390

EN

Hybrid composites based on the homopolymer polypropylene Moplen HP500N reinforced with a mixture of basalt and carbon fibers in weight content of 10, 15 and 20 % were produced by injection molding. The density of these composites, their shrinkage and the Vicat softening temperature were determined. Tests of tensile and bending strength properties were carried out and Charpy impact was determined at three temperatures: -24, 22 and 80 °C. SEM images were taken to assess the effects of reinforcement and homogenization of composites and to determine the characteristics of their microstructure. Light-weight hybrid composites with already 10 wt % basalt fibers and 10 wt % carbon fibers are characterized by more than two and a half times increase in strength and over four times increase of the modulus of elasticity in a wide range of temperatures.

PL

Wytworzono metodą wtryskiwania hybrydowe kompozyty homopolimeru polipropylenowego Moplen HP500N wzmacniane mieszaniną włókien bazaltowych i węglowych o udziale wagowym 10, 15 i 20 %. Wyznaczono gęstość wytworzonych kompozytów, ich skurcz oraz temperaturę mięknienia Vicata. Wykonano badania właściwości wytrzymałościowych przy rozciąganiu i zginaniu oraz oznaczono udarność wg Charpy`ego w temperaturze: -24, 22 i 80 °C. W celu oceny efektów wzmocnienia oraz homogenizacji kompozytów i oznaczenia cech ich mikrostruktury wykonano mikrofotografie SEM. Stwierdzono, że w przypadku lekkich hybrydowych kompozytów z włóknami bazaltowymi i węglowymi już 10-proc. udział włókien powoduje ponad dwu i pół krotne zwiększenie wytrzymałości oraz ponad czterokrotne zwiększenie modułu sprężystości w szerokim zakresie temperatury.

12

Mechanical Behaviour of Hybrid Composites Developed from Textile Waste

Masood Z., Ahmad S., Umair M., Shaker K., Nawab Y., Karahan M.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2018

|

Vol. 26, no. 1 (127)

46--52

EN

The current study focused on the use of textile industry waste (cotton and jute) and glass fabric for the development of hybrid composites. Composites were fabricated using either a single reinforcement or different fractions of cotton, jute and glass fabric. A good fibre-matrix interface was observed using Scanning Electronic Microscopy (SEM). The mechanical performance of the composites developed was analysed under certain loads. The tensile and flexural properties of the composites developed from waste material was found lower as compared to the glass fiber composites, while hybrid composites had comparable properties. Regression equations were also developed to predict the mechanical properties of the hybrid composites. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) results revealed that after some pre-treatment (mercerization and desizing) textile waste materials can be used with virgin material in the reinforcement part of the composite to decrease the cost, but with optimum mechanical properties.

PL

Przeprowadzone badania koncentrowały się na wykorzystaniu odpadów włókienniczych (bawełna i juta) oraz wyrobów z włókien szklanych do rozwoju kompozytów hybrydowych. Otrzymane kompozyty poddano ocenie przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), a także zbadano ich właściwości mechaniczne. Wytrzymałość na rozciąganie i zginanie kompozytów wytworzonych z materiału odpadowego były niższe w porównaniu z kompozytami z włókna szklanego, podczas gdy kompozyty hybrydowe miały porównywalne właściwości. W celu przewidywania właściwości mechanicznych kompozytów hybrydowych opracowano równania regresji. Wyniki dynamicznej analizy mechanicznej (DMA) wykazały, że po pewnym wstępnym przygotowaniu (merceryzacja i usuwanie klejonki) odpady włókiennicze mogą być z powodzeniem stosowane w połączeniu z nieużywanym materiałem w części wzmacniającej kompozytu, przyczyniając się do zmniejszenia kosztów produkcji, przy zachowaniu optymalnych właściwości mechanicznych kompozytów. Wytwarzanie kompozytów hybrydowych może śmiało przyczynić się do rozwiązania problemów związanych z usuwaniem odpadów tekstylnych.

13

Inter-/Intra-Laminar Reinforced Hybrid Fibre Composites by Needle Punching and Thermal Bonding: Evaluation of Mechanical and Static Puncture Properties

Li T.-T., Wang R., Lou C.-W., Pan Y.-J., Hsieh C.-T., Lin J.-H.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2016

|

Vol. 24, no. 4 (118)

84--91

EN

This study comparatively presents the static puncture property of different structures of intra-/inter-laminar reinforced hybrid composites via needle punching and thermal bonding techniques. The tensile and bursting properties of two composites with inter-laminar reinforcement by needle-punching and inter-and-intra- laminar reinforcement by both needle punching and using Kevlar fibres were also evaluated comparatively. The significance of process parameters including the low-melting PET fibre content, take-up speed of the punching machine, the plied orientation between the nonwoven and fabric and thermal bonding on the static puncture resistance was firstly investigated to seek out the significant parameters. The effects of significant processing parameters on static puncture and mechanical properties were explored afterwards. The research result shows that the plied orientation, low-melting PET content and thermal bonding affect the static puncture resistance most significantly. The maximum tensile strength and bursting strength occurred when hybrid composites after thermal bonding were composed of parallel-plied nonwovens and 90°-orientated glass fabric, as well as 70 wt% low-melting PET fibres. Recycled Kevlar fibre reinforcement dissipates additional static puncture resistance, and makes the static puncture resistance higher, as well as the tensile and bursting strengths for resultant hybrid fibre composites. Employing recycled Kevlar fibres is economical for the fabrication of hybrid composites. Diversified economical hybrid composites will be applied as a wall interlayer or garment interlining in the future.

PL

Przedstawiono porównawcze omówienie statycznej wytrzymałości na przebicie różnych hybrydowych kompozytowych wzmocnionych struktur laminarnych. Badano wytrzymałość na rozciąganie i przerwanie różnych wariantów kompozytów zarówno igłowanych jak i łączonych termicznie, w tym takich, w których stosowano do wzmocnienia włókna Kevlar. Badano istotność wpływu różnych parametrów na statyczną wytrzymałość na przebicie. Stwierdzono znaczny wpływ orientacji igłowania i zawartości niskotopliwego PET.

14

Wpływ substytucji włókien bazaltowych przez włókna węglowe na właściwości mechaniczne prętów B/CFRP (HFRP)

Protchenko K., Dobosz J., Urbański M., Garbacz A.

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2016

|

z. 63, nr 1/I

149--156

PL

W niniejszym artykule przedstawiono analityczne i numeryczne obliczenia mechanicznych właściwości obecnie opracowywanych prętów hybrydowych HFRP (Hybrid Fibre Reinforced Polymer) powstałych poprzez zastąpienie (substytucję) części włókien bazaltowych BFRP (Basalt Fibre Reinforced Polymer) włóknami węglowymi CFRP (Carbon Fibre Reinforced Polymer). W tym aspekcie termin ,,substytucja” rozumiany będzie jako modyfikacja prętów BFRP polegająca na zastąpieniu pewnej części włókien bazaltowych przez włókna węglowe. Celem analizy jest określenie optymalnego modelu prętów hybrydowych HFRP, które stanowiłyby realną alternatywę dla prętów stalowych stosowanych do zbrojenia konstrukcji betonowych. Zamiana włókien bazaltowych, włóknami węglowymi prowadzi do uzyskania lepszych właściwości mechanicznych prętów. Względy ekonomiczne skłaniają do ograniczenia procentowego udziału włókien węglowych w prętach HFRP do rozsądnej wielkości, oraz zastosowaniu włókien węglowych o stosunkowo niedużej wytrzymałości (Low Strength Carbon Fibres) jak na włókna CFRP. W pracy przedstawiony został opis struktury pręta hybrydowego, oszacowanie właściwości mechanicznych wzdłuż i w poprzek włókien, a także wpływ układu włókien w przekroju poprzecznym pręta na jego zachowanie mechaniczne. Analizę przeprowadzono dla różnych proporcji udziału włókien węglowych do włókien bazaltowych (1:9; 1:4; 1:3; 1:2; 1:1) w prętach HFRP. Rozpatrzono dwa przypadki rozmieszczenia włókien w przekroju poprzecznym pręta (Bar Architecture). Pierwszy z włóknami węglowymi zlokalizowanymi w rdzeniu, natomiast drugi z włóknami węglowymi usytuowanymi w powierzchniowej warstwie pręta.

EN

This paper introduces both an analytical and numerical study that investigates the mechanical performance of recently developing HFRP bars, which were created by substitution of the part of basalt fibres BFRP by the part of carbon fibres CFRP. In this aspect the term “substitution” might be understood as modification of BFRP bars, where part of basalt fibres will be replaced by carbon fibres. Substitution is aimed at achieving of better properties in obtained material. The objective of this study is to identify optimal model of HFRP bars, which provides an alternative to steel bars for enhancing concrete structures. Replacing of basalt fibres by carbon fibres provides better properties in mechanical performance of the bars. From economical point of view, for HFRP bars in combination with basalt fibres it is proposed to use carbon fibres with low strength (LS carbon fibres) and relatively small amount of volume fraction of carbon fibres to whole amount of fibres. This work represents description of the hybrid bar structure, estimation of properties of the bar in fibre and transverse directions and influence of fibre arrangement on mechanical properties of the bar. Analysis was performed for bars with different ratio between fibres of carbon and fibres of basalt (1:9; 1:4; 1:3; 1:2; 1:1). Investigations were done for two different bar architecture arrangements, where carbon fibres are estimated in the first case in the region near the edge and in another case in core region.

15

Designing cylinder liners made from hybrid composites containing solid lubricants

Posmyk A., Myalski J.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 1

15--19

EN

The paper presents the basic knowledge for designing cylinder sleeves made of hybrid composites containing solid lubricants. The matrix for the described composites could be aluminium wrought alloys used for manufacturing pistons, for example AlCu4Ni2Mg or cast aluminium-silicon alloys used for blocks and cylinder sleeves for engines and compressors, for example AlSi12NiCuMg. These composites should contain two kinds of reinforcing phase, i.e. strengthening Al2O3 or SiC foam and thin layers of glassy carbon. Ceramic foam increases the compressive strength and wear resistance of the composite and decreases the thermal conductivity. Glassy carbon plays the role of a solid lubricant. A cylinder sleeve manufactured of a composite containing particles or spheres of aluminium oxide will possess other properties than one made of a composite containing silicon carbide. The reason for that is the different thermal conductivity for Al2O3 (λ = 20÷30 W/(mK)) and SiC (λ =100÷130 W/(mK)). Cylinder sleeves manufactured of a composite containing ceramic foams (Al2O3 or SiC) will possess a similar, but much lower thermal conductivity (for Al2O3 foam λ = 0.2 W/(mK) and SiC foam λ = 0.12 W/(mK) at temperatures of 20÷200°C. It is very important for air compressors in which the piston rings are manufactured of composite plastics.

PL

Przedstawiono podstawy projektowania tulei cylindrowych z kompozytów hybrydowych zawierających smary stałe. Osnową opisanych kompozytów mogą być stopy aluminium do przeróbki plastycznej stosowane na tłoki, np. AlCu4Ni2Mg, lub odlewnicze stopy aluminium z krzemem stosowane na kadłuby i tuleje cylindrowe silników i sprężarek tłokowych, np. AlSi12NiCuMg. Osnowę kompozytów na cylindry siłowników mogą stanowić stopy aluminium z magnezem. Kompozyty te powinny zawierać dwa rodzaje fazy zbrojącej, tj. umacniającą piankę z tlenku aluminium lub węglika krzemu oraz cienkie warstewki węgla szklistego. Pianka ceramiczna zwiększa wytrzymałość na ściskanie i odporność na zużycie kompozytu oraz zmniejsza przewodność cieplną, a węgiel szklisty pełni rolę smaru stałego. Tuleja cylindrowa wykonana z kompozytu zawierającego cząstki lub sfery z tlenku aluminium będzie miała inne właściwości cieplne niż zawierająca cząstki SiC, ze względu na mniejszy współczynnik przewodności cieplnej (λ = 20÷30 W/(mK)) dla Al2O3) niż tuleja zawierająca węglik krzemu (λ = 100÷130 W/(mK)). Tuleje wykonane z kompozytu z osnową siluminową zawierającego cząstki z SiC będą miały lepszą stabilność wymiarową, ponieważ przewodność cieplna materiału osnowy jest zbliżona do przewodności cieplnej SiC. Tuleje cylindrowe wykonane z kompozytu zawierającego pianki z tlenku aluminium lub węglika krzemu będą miały zbliżoną przewodność cieplną, jednak znacznie mniejszą niż tuleja zawierająca cząstki, ponieważ przewodność cieplna pianki Al2O3 wynosi λ = 0,2 W/(mK), a SiC λ = 0,12 W/(mK) w temperaturze 20÷200°C. Jest to bardzo istotne w sprężarkach powietrza, w których pierścienie tłokowe są wykonane z kompozytowych tworzyw sztucznych.

16

Composite coatings with ceramic microspheres as insulating materials for transport means

Posmyk A.

Composites Theory and Practice

|

2016

|

R. 16, nr 4

212--217

EN

The paper presents the structure and the influence of the chemical composition and structure on the insulating properties of a polymer-ceramic microspheres hybrid composite used as insulating materials in infrastructure of transport and means of transport. The composite matrix is an acrylic resin and ceramic microspheres with the pressure of 13 Pa are the reinforcement. A content of about 44 microspheres in a 1 mm-thick coating has a major impact on the thermal insulating properties of the coating. The coefficient of heat conduction depends from the temperature and is lower at lower temperatures. This is the reason why these coatings are used as an insulator in technical means of transport requiring cooling (refrigerators and ice vehicles) and in the aviation industry to protect the interior of the plane against low temperatures during flights at high altitudes. Microscopic examinations were performed, the stereological features of the coating were examined and a equivalent model of the resistance of thermal transmittance through the coating have was developed. The equivalent coefficient of thermal conductivity of the composite, calculated on the basis of a formula taking into account the volume shares of the components and their thermal properties, is greater than the coefficient of ceramic spheres with their volume fraction amounting to 80%. This is caused by the fact that the formula does not take into account the stereological properties of spheres in the composite, i.e. the distribution pattern and number per unit of thickness of the coating.

PL

Przedstawiono budowę oraz wpływ składu chemicznego i struktury na właściwości izolacyjne hybrydowych kompozytów polimerowo-ceramicznych przeznaczonych do wytwarzania infrastruktury transportu i technicznych środków transportu. Osnową kompozytu jest żywica akrylowa, a ceramiczne mikrosfery z podciśnieniem 13 Pa stanowią zbrojenie. Zawartość około 44 mikrosfer w powłoce o grubości jednego milimetra wywiera istotny wpływ na cieplne właściwości izolacyjne. Współczynnik przewodności cieplnej zależy od temperatury i jest mniejszy przy niższych temperaturach. Jest to powodem stosowania tych powłok jako izolatora w technicznych środkach transportu towarów wymagających chłodzenia (pojazdy chłodnie i lodownie) oraz w lotnictwie do zabezpieczenie wnętrza samolotu przed niskimi temperaturami podczas lotów na dużych na wysokościach. Wykonano badania mikroskopowe i cech stereologicznych powłok i opracowano model zastępczy oporu przenikania ciepła przez powłokę. Obliczony z wzoru uwzględniającego udziały objętościowe składników i ich właściwości cieplne zastępczy współczynnik przewodzenia ciepła kompozytu jest większy niż współczynnik sfer ceramicznych przy ich udziale 80%. Powodem tego jest to, że wzór nie uwzględnia cech stereologicznych sfer w kompozycie, tj. sposobu rozłożenia i ilości przypadającej na jednostkę grubości powłoki.

17

Glassy Carbon Coating Deposited on Hybrid Structure of Composite Materials

Posmyk A., Myalski J., Hekner B.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2B

1045--1050

EN

This paper presents a method of production metal matrix composites with aluminum oxide foam covered by glassy carbon layer used as reinforcement. The glassy carbon coating was formed for decreasing of friction coefficient and reducing the wear. In first step of technology liquid glassy carbon precursor is on ceramic foam deposited, subsequently cured and carbonated at elevated temperature. In this way ceramic foam is covered with glassy carbon coating with thickness of 2-8 μm. It provides desirable amount of glassy carbon in the structure of the material. In the next step, porous spheres with carbon coating are infiltrated by liquid matrix of Al-Cu-Mg alloy. Thereby, equable distribution of glassy carbon in composite volume is achieved. Moreover, typical problems for composites reinforced by particles like sedimentation, agglomeration and clustering of particles are avoided. Tribological characteristics during friction in air versus cast iron as a counterpart were made. Produced composites with glassy carbon layer are characterised by friction coefficient between 0.08-0.20, thus meeting the typical conditions for solid lubricants.

18

Wytrzymałość na odrywanie elementów hybrydowych metal-polimer wytwarzanych metodą wtryskiwania

Mayer P., Trzaska O., Dzięciołowska M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2015

|

T. 21, Nr 3 (165)

271--274

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wytrzymałości na odrywanie elementów hybrydowych typu metal-polimer wytworzonych w technologii wtryskiwania. W celu zwiększenia adhezji powierzchnie stalowe zostaly przygotowane poprzez obróbkę strumieniowo-ścierną i modyfikację chemiczną. Zastosowano również warstwy epoksydowe pomiędzy wtryskiwanym polimerem a blachami stalowymi. Zbadano wpływ różnych kompozycji epoksydowych na wytrzymałość na odrywanie połączenia metal-polimer.

EN

In article are presented results of the peel strength tests of metal-polymer hybrid elements obtained during injection molding process. To increase adhesion the metal surfaces were prepared by abrasive blasting and chemical etching. Also epoxy layers were applied between injected thermoplastic polymer and steel plates. The influence of various epoxy compositions were investigated for peel strength of metal-polymer joints.

19

Badania właściwości mechanicznych żywicy poliestrowej zmodyfikowanej nanobentem i plastyfikatorem

Bakar M., Kostrzewa M., Białkowska A., Łukasiewicz K.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2015

|

T. 21, Nr 3 (165)

196--199

PL

Praca zawiera wyniki badań nad modyfikacją żywicy poliestrowej AROPOL M 105 TB za pomocą Nanobentu ZR-1 oraz ftalanu dibutylu (zmiękczacz). Stwierdzono, że maksymalna poprawa wartości naprężenia przy zniszczeniu podczas zginania trójpunktowego wynosiła około 30% przy dodatku 1% nanobentu ZR-1, natomiast maksymalny wzrost odkształcenia odnotowano przy dodaniu 1% ZR-1 i 20% plastyfikatora. Największą energią zerwania (około 9-krotnie większą w stosunku do czystej żywicy) charakteryzują się próbki zawierające 10% wag. plastyfikatora i 1% ZR-1. Największą udarność miała kompozycja hybrydowa na bazie 1% ZR-1 i 20% plastyfikatora, a wartości współczynnika intensywności naprężeń niezmodyfikowanej żywicy były wyższe od kompozytów hybrydowych.

EN

The present study investigates the mechanical propertics of unsaturated polyester resin modified with Nanobent ZR-1 and dibutyl phthalate (plasticizer). It was shown that composition containing 1% ZR-1 exhibited maximum increase of flexural strength of 30% in comparison with unmodified resin. However, maximum enhancement of flexural strain at break was obtained with composites based on 1% ZR-1 or 20% of plasticizer. Moreover, the energy at break (about 9-fold increase in relation to virgin polymer matrix) was shown by composite based on 1% ZR-1 and 20% plasticizer. However, the critical stress intensity factor values of hybrid composites were lower than that of virgin resin.

20

Ballistic Helmet Development Using UHMWPE Fibrous Materials

Fejdyś M., Łandwijt M, Habaj W, Struszczyk M. H.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2015

|

Vol. 23, no. 1 (109)

89--97

EN

The main aim of the work was to develop a hybrid bullet- and fragment proof helmet protecting the user’s head against small arm ammunition and fragments as well as mechanical impacts. In the construction of the shell, the latest generation of ballistic materials were used, developed on the basis of para-amide fabric coated with a thermosetting resin and high molecular weight polyethylene (UHMWPE). The idea of the study was based on the thesis that the stable connection of two types of fibrous materials differing in their structure, topography as well as in the type of the polymer (para-aramid and polyethylene) will increase the ballistic resistance as well as allow to reduce the mass of the final products. The results of research in the field of the screening of fibrous materials, the process of elaboration as well as the design of bullet- and fragment-proof hybrid helmets are also presented. The ballistic helmets designed were verified within the wide scope of requirements described in PN-V-87001:2011 as well as in the NIJ Standards.

PL

Głównym celem pracy było opracowanie hybrydowego hełmu kulo- i odłamkoodpornego chroniącego głowę użytkownika przed pociskami małokalibrowej broni strzeleckiej oraz odłamkami i uderzeniami mechanicznymi. W konstrukcji czerepu zastosowano surowce balistyczne najnowszej generacji, na bazie których opracowano kompozyt składający się z preimpregnatu tkaniny para-amidowej powleczonej żywicą termoutwardzalną oraz polietylenu o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym (UHMWPE). Ideę badań oparto na tezie, że stabilne połączenie obu typów materiałów włóknistych, różniących się strukturą, topografią, jak również rodzajem polimeru (paraaramid oraz polietylen), zwiększy odporność balistyczną oraz pozwoli na zmniejszenie masy końcowych produktów. W pracy przedstawiono wyniki badań wytypowanych materiałów włóknistych, proces opracowania, jak również projektowania hybrydowego kulo- i odłamkoodpornego hełmu. Zaprojektowane hełmy balistyczne zweryfikowano w szerokim zakresie wymagań opisanych w normie PN-V-87001:2011, a także w normach NIJ Standards.