Comparative Studies of Tribological Properties of Carbon Fibre Reinforced Polymer Composites (CFRP) in Dry Sliding Friction Conditions

• Autorzy: Pieniak Daniel , Gil Leszek , Wit-Rusiecki Albin Michał , Krzyżak Aneta , Selech Jarosław , Romek Dawid

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5968

Warianty tytułu

PL

Badania porównawcze właściwości tribologicznych warstwowych kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami węglowymi (CFRP) w warunkach tarcia ślizgowego suchego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to determine the usable and quality features and tribological properties of four Carbon Fibre Reinforced Polymer laminates (CFRP) newly developed by the authors and to indicate the structures with the most advantageous functional properties. The developed material samples were based on two types of prepreg, Kord Carbon (Fiberpreg GmbH) with twill weave and carbon fibres (UD) by the manufacturer (G. Angeloni S.R.L) with a unidirectional system. In the structure of half of the total number of samples, a manufacturer's (NTPT) epoxy adhesive film (AF) layer was used. Tests of indentation hardness (universal) were carried out according to the Oliver-Pharr method. Tests of resistance to abrasive wear were carried out in dry sliding friction conditions, using the ball-disc method. In combination, a ball made of aluminium oxide (Al2O3) was used as a cooperating element. The test results indicate a significant impact of the structure of the tested materials on the increase in contact strength and the improvement of the tribological properties that result from the application of the AF layer.

PL

Celem badań było określenie cech użytkowych i jakościowych oraz właściwości tribologicznych czterech nowo opracowanych przez autorów laminatów o osnowie polimerowej wzmacnianych włóknami węglowymi (CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer) i wskazanie struktur o najkorzystniejszych właściwościach użytkowych. Opracowane próbki materiałów oparte były na dwóch typach prepregu: Kord Carbon (Fiberpreg GmbH) o splocie twill oraz włókien węglowych (UD) producenta (G. Angeloni S.R.L) o jednokierunkowym układzie. W strukturze połowy ogólnej liczby próbek zastosowano warstwę epoksydowego filmu klejowego (AF) producenta (NTPT). Wykonano badania twardości indentacyjnej (uniwersalnej) wg metody Olivera-Pharra. Badania odporności na zużycie ścierne prowadzono w warunkach tarcia ślizgowego suchego, metodą kula–tarcza. W skojarzeniu jako przeciwpróbkę wykorzystano kulkę wykonaną z tlenku glinu (Al2O3). Wyniki badań wskazują na istotny wpływ struktury badanych materiałów na wzrost wytrzymałości stykowej oraz polepszenie właściwości tribologicznych, które wynikają z zastosowania warstwy AF.

Słowa kluczowe

EN

carbon fibre reinforced polymer; CFRP; indentation hardness; universal hardness; sliding friction; wear

PL

kompozyty polimerowe wzmacniane włóknami węglowymi; CFRP; twardość indentacyjna; twardość uniwersalna; tarcie ślizgowe; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 4
• Strony: 87--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Pieniak Daniel

• University of Economics and Innovations in Lublin, Faculty of Transport and Computer Science, 4 Projektowa Street, 20-209 Lublin

autor

Gil Leszek

• University of Economics and Innovations in Lublin, Faculty of Transport and Computer Science, 4 Projektowa Street, 20-209 Lublin

autor

Wit-Rusiecki Albin Michał

• WIT-COMPOSITES Stanisława Michalina Rusiecka, 10 Teodora Leszetyckiego loc. 6, 20-861 Lublin

autor

Krzyżak Aneta

• Military University of Aviation, Faculty of Aeronautics, 35 Dywizjonu 303 Street, 08-521 Dęblin

autor

Selech Jarosław

• Poznań University of Technology, Faculty of Transport Engineering, 3 Piotrowo Street, 60-965 Poznań

autor

Romek Dawid

• Poznań University of Technology, Faculty of Transport Engineering, 3 Piotrowo Street, 60-965 Poznań

Bibliografia

• 1. Ishai D.O.: Engineering Mechanics of Composite Materials, seconded., Oxford University Press, NY, 2006.
• 2. Strong A. B.: Fundamentals of Composites Manufacturing, Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, MI, 2008.
• 3. Cole D. P., Henty T. C., Gardea F., Haynes R. A.: Interphase mechanical behavior of carbon fiber reinforced polimer exposed to cyclic loading. Composites Science and Technology, vol. 151, 2017, pp. 202–210.
• 4. Dhieb H., Buijnsters J., Eddoumy F., Celis J.: Surface damage of unidirectional carbon fiber reinforced epoxy composites under reciprocating sliding in ambient air. Composites Science and Technology, vol. 71, 2011, pp. 1769–1776.
• 5. Oczoś K.: Kompozyty włókniste – właściwości, zastosowanie, obróbka ubytkowa. Mechanik 7/2008, pp. 579–592.
• 6. Waśniewski B.: Duroplasty oraz termoplasty wysokotemperaturowe w prepregach jako osnowy kompozytów węglowych do wytwarzania struktur lotniczych. Prace Instytutu Lotnictwa vol. 243, 2016, pp. 28–39.
• 7. Marathe U., Padhan M. Bijwe J.: Tribology of carbon fabric-reinforced thermoplastic composites. In book: Wear of Composite Materials. De Gruyter, 2018.
• 8. Rattan R., Bijwe J., Fahim M.: Influence of weave of carbon fabric on low amplitude oscillating wear performance of Polyetherimide composites. Wear, vol. 262, 2007, pp. 727–735.
• 9. Grudziński K., Konowalski K.: Badania charakterystyk mechanicznych połączeń stykowych przy obciążeniach dynamicznych. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, vol. 2, 2002, pp. 1–10.
• 10. Genna S., Trovalusci F., Tagliaferri V.: Indentation test to study the moisture absorption effect on CFRP composite. Composites Part B: Engineering, vol. 124, 2017, pp. 1–8.
• 11. Zitoune R., Krishnaraj V., Almabouacif B. S., Collombet F., Sima M., Jolin A.: Influence of machining parameters and new nano-coated tool on drilling performance of CFRP/Aluminium sandwich. Composites Part B: Engineering, vol. 43, 2012, pp. 1480–1488.
• 12. Gaugel S., Sripathy P., Haeger A., Meinhard D., Bernthaler T., Lissek F., Kaufeld M., Knoblauch V., Schneider G.: A comparative study on tool wear and laminate damage in drilling of carbon-fiber reinforced polymers (CFRP). Composite Structures, vol. 155, 2016, pp. 173–183.
• 13. Cheng D., Wang X., Zhu J., Qiu D., Cheng X., Guan Q.: Friction and wear behavior of carbonfiber reinforced brake materials. Frontiers of Materials Science in China, vol. 3, 2009, pp. 56–60.
• 14. Lu Z., Friedrich K., Pannhorst W., Heinz J.: Wear and friction of a unidirectional carbon fiber-glass matrix composite against various counterparts. Wear, vol. 162–164, 1993, pp. 1103–1113.
• 15. Cirino M., Friedrich K., Pipes R. B.: Evaluation of polymer composites for sliding and abrasive wear applications. Composites, vol. 19, 1988, pp. 383–392.
• 16. Suresha B., Siddaramaiah, Kishore, Seetharamu S., Kumaran P. S.: Investigations on the influence of graphite filler on dry sliding wear and abrasive wear behaviour of carbon fabric reinforced epoxy composites. Wear, vol. 267, 2009, pp. 1405–1414.
• 17. Shivamurthy B., Murthy K., Anandhan S.: Tribology and mechanical properties of carbon fabric/MWCNT/epoxy composites. Advances in Tribology, vol. 2018, 2018, pp. 1–10.
• 18. Oliver W., Pharr G. M. J: Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. Journal of Materials Research, vol. 19, 2004, pp. 1564–1583.
• 19. Hardiman M., Vaughan T. J., McCarthy C. T.: The effects of pile-up, viscoelasticity and hydrostatic stress on polymer matrix nanoindentation, Polymer Testing, vol. 52, 2016, pp. 157–166.
• 20. Sneddon I. N.: The relation between load and penetration in the axisymmetric boussinesq problem for a punch of arbitrary profile, International Journal of Engineering Science, vol. 3, 1965, pp. 47–57.
• 21. Pieniak D., Walczak A.: Wstępne badania odporności na starzenie tworzyw wykorzystywanych w konstrukcji hełmów strażackich. Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe. vol. 17, 2016, pp. 130–133.
• 22. Paczkowska M., Selech J., Piasecki A.: Effect of surface treatment on abrasive wear resistance of seeder coulter flap. Surface Review and Letters, vol. 23, 2016.
• 23. PN-EN ISO 4287:1999 Specyfikacje geometrii wyrobów – Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa – Terminy, definicje i parametry struktury geometrycznej powierzchni.
• 24. Leyland A., Matthews A.: On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to ptimised tribological behaviour. Wear, vol. 246, 2000, pp. 1–11.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).