Comparative evaluation of GFRP laminate panels manufactured by VARI by RTM methods

• Autorzy: Kozioł M. , Bator M. , Rydarowski H. , Hekner B.

Warianty tytułu

PL

Ocena porównawcza płyt z laminatu żywica poliestrowa-tkanina szklana wytworzonych metodami VARI oraz RTM

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study is a comparative evaluation of panels made of GFRP laminate (10 layers of plain-woven 0/90 glass fabric) by RTM and VARI methods. The evaluation was performed on the basis of the analysis of the laminate thickness, fibre volume fraction and flexural strength. An essential element of the evaluation is the repeatability of the analyzed properties, which is estimated by the standard deviation and coefficient of variation of respectively numerous result series. Comparison of the two mentioned technologies may be significant information concerning their alternative applicability. The range of the study covers: preparation of four reinforcement lay-ups (preforms) of plain-woven glass fabric, manufacturing four laminate panels using the preforms - two by RTM and two by VARI, cutting specimens from the panels, evaluation of the thickness and fibre volume fraction of the specimens, and evaluation of the flexural strength of the specimens in 3-point bending tests. Laminates manufactured by the RTM and VARI methods showed a relatively high reinforcing fibre volume fraction. A slightly higher volume fraction and, at the same time, a significantly smaller thickness were observed in the VARI laminates. The laminates manufactured by RTM showed about a 10% higher flexural strength in comparison with the VARI ones. The laminates manufactured by VARI showed a higher volume fraction but it is probably due to gas voids present in areas near the reinforcing fibre strands. The presence of voids was also proved in the structure of the RTM laminates, but they are of a different nature - they are bigger and are located within the resin-rich areas between the reinforcing layers. The quality of the specimen surface (two-side smoothness in the case of the RTM laminates, one-side smoothness in the case of the VARI ones) could also have some effect on the flexural strength. In the case of both the VARI and the RTM laminates as well, a visible thickness "gradient", directed the from outlet to inlet, was observed. It is caused by "relaxation" of the underpressure after passing of the resin flow front during the impregnation process. The "gradient" is bigger and less uniform in the case of the VARI laminates than in case of the RTM ones. The RTM method occurred to be minimally better than the VARI in terms of repeatability of the fibre volume fraction and flexural strength, measured as the variance coefficient of the results of a specimen series. The worse repeatability of the laminates manufactured by the VARI method results from the bigger laminate thickness "gradient".

PL

Celem studium jest ocena porównawcza płyt wykonanych z kompozytu warstwowego żywica poliestrowa-włókno szklane (10 warstw płóciennej tkaniny szklanej) metodami RTM (nasycanie ciśnieniowo-próżniowe) oraz VARI (infuzja próżniowa). Ocena została wykonana na bazie analizy grubości laminatu, udziału objętościowego włókien oraz wytrzymałości na zginanie. Istotnym elementem oceny jest powtarzalność analizowanych właściwości, której miarą jest odchylenie standardowe i współczynnik zmienności odpowiednio dużej serii pomiarów próbek. Porównanie dwóch wymienionych technologii może stanowić istotną informację co do ich alternatywnej stosowalności. Zakres pracy obejmuje: przygotowanie czterech zestawów wzmocnienia (preform) z krzyżowej tkaniny szklanej, wytworzenie na ich bazie płyt - po dwie płyty metodą VARI i RTM, wycięcie próbek, określenie grubości i zawartości objętościowej wzmocnienia w wyciętych próbkach oraz wyznaczenie wytrzymałości na zginanie w trójpunktowej próbie zginania. Laminaty wytworzone metodami RTM oraz VARI wykazały relatywnie wysoki udział objętościowy włókien wzmocnienia. Nieco większy udział włókien oraz znacznie mniejszą grubość uzyskano w laminatach VARI. Laminaty wytworzone metodą RTM wykazały z kolei o ok. 10% większą wytrzymałość na zginanie w porównaniu z laminatami wytworzonymi techniką VARI. Większy udział włókien uzyskany przez laminaty VARI wynika najprawdopodobniej z obecności pustek gazowych w okolicach włókien wzmacniających. Obecność pustek wykazano także w laminatach RTM, jednak mają one inny charakter - są większe i są rozmieszczone w obszarach bogatych w żywicę, między warstwami wzmocnienia. Wpływ na wyniki prób wytrzymałościowych mógł też mieć stan powierzchni laminatów (obustronna gładkość w przypadku laminatów RTM, jednostronna w przypadku laminatów VARI). Zarówno w przypadku laminatów VARI, jak i laminatów RTM wykazano wyraźny „gradient” grubości skierowany w kierunku od ssania do zasilania. Jest on spowodowany „relaksacją” podciśnienia po przejściu frontu żywicy w czasie procesu nasycania. „Gradient” jest większy i mniej równomierny w przypadku laminatów VARI niż w przypadku laminatów RTM. Minimalnie lepsza pod względem powtarzalności udziału objętościowego oraz wytrzymałości na zginanie, mierzonej współczynnikiem zmienności serii pomiarów próbek, okazała się metoda RTM. Gorsza powtarzalność płyt wytworzonych metodą VARI wynika z większego „gradientu” grubości.

Słowa kluczowe

EN

laminate; resin transfer moulding; RTM; vacuum assisted resin infusion; VARI; repeatability of properties

PL

laminat; nasycanie ciśnieniowo-próżniowe; RTM; infuzja próżniowa; VARI; powtarzalność właściwości

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 4
• Strony: 196--202
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozioł M.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Krasinskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Bator M.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Krasinskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Rydarowski H.

• Central Mining Institute, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

autor

Hekner B.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Krasinskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Królikowski W., Polimerowe kompozyty konstrukcyjne, PWN, Warszawa 2012.
• [2] Kozioł M., Rydarowski H., Wytwarzanie wyrobów z laminatów żywica utwardzalna-włókno na przykładzie łopaty wentylatora przemysłowego, Główny Instytut Górnictwa, Katowice 2014.
• [3] Mrówczyński K., Kompozyty polimerowe - branża z przyszłością, Chemia i Biznes 2012, 6.
• [4] Jarosik A., Rynek kompozytów będzie wzrastał, Chemia i Biznes 2013, 3.
• [5] Sen R., Mullins G., Application of FRP composites for underwater piles repair, Composites Part B 2007, 38, 5-6, 751-758.
• [6] Van Den Einde L., Zhao L., Seible F., Use of FRP composites in civil structural applications, Construction and Building Materials 2003, 17, 6-7, 389-403.
• [7] Królikowski W., Kłosowska-Wołkowicz Z., Penczek P., Żywice i laminaty poliestrowe, WNT, Warszawa 1986.
• [8] Kozioł M., Budziński M., Opłacalność produkcji wyrobów kompozytowych, Ekonomika i Organizacja Przedsiębiorstwa 2014, 774, 7, 107-120.
• [9] Reuterlov S., Cost effective infusion of sandwich composites for marine applications, Reinforced Plastics 2002, 12, 30-34.
• [10] Marsh G., Resin film infusion - composites cost reducer, Reinforced Plastics 2002, 2, 44-49.
• [11] Williams C., Summerscales J., Grove S., Resin infusion under flexible tooling (RIFT): a review, Composites Part A 1996, 27, 7, 517-524.
• [12] Rydarowski H., Kozioł M., Repeatability of glass fiber reinforced polymer laminate panels manufactured by hand lay-up and vacuum-assisted resin infusion, Journal of Composite Materials 2015, 49, 5, s. 573-586.
• [13] Kozioł M., Śleziona J., Charakterystyka płyt kompozytowych wytworzonych metodą RTM ze zszywanych preform włókna szklanego, Inżynieria Materiałowa 2008, 2, 109-113.
• [14] Rutecka M., Kozioł M., Myalski J., Wpływ wypełniacza z recyklatu poliestrowo-szklanego na właściwości mechaniczne laminatów, Kompozyty 2006, 6, 4, 41-46.
• [15] Kozioł M., Myalski J., Bogdan A., Wytwarzanie kompozytów warstwowych metodą RFI, Kompozyty 2009, 9, 3, 265-270.
• [16] Kozioł M., Effect of thread tension on mechanical performance of stitched glass fibre-reinforced polymer laminates - experimental study, Journal of Composite Materials 2013, 47, 16, 1919-1930.
• [17] Verijenko B., Verijenko V., Smart composite panels with embedded peak strain sensors, Composite Structures 2003, 62, 3-4, 461-465.
• [18] Bogdan-Włodek A., Kozioł M., Myalski J., Influence of surface treatment on the wetting process of jute fibres with thermosetting polyester resin, Polish Journal of Chemical Technology 2012, 14, 1, 21-27.
• [19] Lopes C.S., Gurdal Z., Camanho P.P., Tailoring for strength of composite steered-fibre panels with cutouts, Composites Part A 2010, 41, 12, 1760-1767.
• [20] Roussos L.A., Powell C.A., Grosveld F.W., Koval L.R., Noise transmission characteristics of advanced composite structural materials, Journal of Aircraft 1984, 21, 7, 528-535.
• [21] http://www.moldedfiberglass.com/sites/default/files/docs/MFG_Selecting_FRP_Composite_for_Projects.pdf (access 29.10.2015).
• [22] https://www.youtube.com/watch?v=v86--QI0xq8 (access 29.10.2015).
• [23] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998.
• [24] Hyla I., Śleziona J., Kompozyty. Elementy mechaniki i projektowania, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
• [25] Boczkowska A. i in., Kompozyty, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003.
• [26] Dyląg Z., Jakubowicz A., Orłoś Z., Wytrzymałość materiałów tom I, WNT, Warszawa 2013.