Environmental stress cracking in e-glass and aramid/glass epoxy composites

• Autorzy: Imielińska K.

Warianty tytułu

PL

Badania pękania środowiskowego laminatów epoksydowych wzmocnionych włóknami szklanymi i aramidowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Glass fibre reinforced polymer composites (GFRP) show relatively low degradation in various corrosive environments in the unstressed state, however, they are very susceptible to stress corrosion, especially in dilute mineral acid environment. The stress corrosion crack propagation characteristics in glass fibre/epoxy laminates have been studied by several investigators. However, there is no relevant data on the behaviour of hybrid aramid-glass fibre polymer laminates (A-GFKP), now employed in construction of special vessels for naval and sport use. Due to high water absorption in aramid/epoxy laminates (5-6%) hybrid aramid-glass/epoxy composites may be susceptible to early cracking. Accordingly, in the present work environmental stress cracking characteristics of GFRP and (A-G)FRP were studied using CT (fracture mechanics) samples (Fig. 1) under constant tensile load and water environment. For GFRP the characteristics of crack length as a function of exposure time (up to 3 months) were obtained (Fig. 3). The threshold stress intensity factor for environmental crack growth was found K(I) = 15 MPa x m1/2 in water compared to 22 MPa x m1/2 in air (Fig. 4). In hybrid (A-G)FRE composite only surface resin crack was found (Fig. 5) accordingly compared to GFRP (A-G)FRE composite was found practically immune to the environmental stress cracking in the conditions used in this study. Ductile aramid fibres seemed to protect the glass fibre reinforcement from stress cracking due to higher chemical resistance and complex failure mechanisms (Fig. 6).

PL

Kompozyty epoksydowe wzmocnione włóknami szklanymi są dość odporne na wpływy środowiskowe w stanie nieobciążonym, jednak po przyłożeniu obciążeń łatwo pękają w środowisku wody i rozcieńczonych kwasów. Charakterystyki propagacji pęknięć środowiskowych w laminatach szklano/epoksydowych były przedmiotem wielu prac, jednak brak jest danych na temat zachowania laminatów o wzmocnieniu hybrydowym aramidowo-szklanym, stosowanych w budowie kadłubów specjalnych, szybkich jednostek pływających. Ze względu na znaczną absorpcję wody (rzędu 5-6%) przez kompozyty aramidowe istnieje niebezpieczeństwo przyspieszonego pękania obciążonych elementów z laminatów aramidowo-szklanych w środowisku wody. W niniejszej pracy zbadano zatem przebiegi charakterystyk propagacji pęknięć w próbkach ze szczeliną (mechaniki pękania), CT (rys. 1) z laminatów szklano/epoksydowego i aramidowo-szklano/epoksydowego przy stałym obciążeniu rozciągającym. Dla kompozytu z włóknami szklanymi zanurzonego w wodzie destylowanej otrzymano charakterystyki przyrostu długości pęknięcia w funkcji czasu ekspozycji w wodzie i w powietrzu (rys. 3). W laminacie szklano/epoksydowym progowa wartość współczynnika intensywności naprężeń wyniosła K(I) = 15 MPa x m1/2 w porówaniu z 22 MPa x m1/2 w powietrzu (rys. 4). Dla laminatu hybrydowego wzmocnionego włóknami aramidowymi i szklanymi pęknięcie przebiegało jedynie w powierzchniowej warstwie żywicy (rys. 5), zatem w zastosowanych warunkach i czasach ekspozycji (3 miesiące) nie udało się określić prędkości propagacji pęknięcia. W porówaniu z laminatem wzmocnionym włóknami szklanymi laminat hybrydowy okazał się więc praktycznie odporny na pękanie środowiskowe w zastosowanych warunkach, niezależnie od podwyższonej chłonności wody. Proces pękania włókien szklanych hamowały odporne na pękanie włókna aramidowe splecione ze szklanymi w jedną tkaninę (rys. 6). Zaobserwowano złożony mechanizm degradacji materiału na końcu szczeliny, co opóźniało pękanie na grubości materiału.

Słowa kluczowe

EN

laminate; polymer composite; environmental stress cracking

PL

laminat; kompozyt polimerowy; pękanie środowiskowe

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 4
• Strony: 19--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Imielińska K.

• Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Materiałowej, Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk,

Bibliografia

• [1] Arnold J.C., Environmental stress crack initiation in glassy polymers. Trends in Polymer Science 1996, 4, 403-408.
• |2] Imielińska K., Acid-induced cracking of hybrid aramid-glass/epoxy composites, Proc. Conf. EDEM 2003, Bordeaux 2003.
• [3] Akademir A,, Tarakcioglu N., Avci A., Stress corrosion crack growth in glass/polyester composites with surface crack, Composites: Part B 2001, 32, 123-129.
• [4] Hogg P.J., A model for stress corrosion crack growth in glass reinforced plastics, Composite Science and Technology 1990, 38, 23-42.
• [5] Caddock B.D., Evans K.E., Hull D., Stress corrosion failure envelopes for E-glass fibre bundles, Journal of Materials Science 1990, 25, 2498-2502.
• [6] Kawakada H., Srivastava V.K., The effect of an acidic stress environment on the stress-intensity factor for GRP laminates, Composites Science and Technology 2001, 61, 1109-1114.