Glass fibre/polyester composites under ballistic impact

• Autorzy: Barcikowski M

Warianty tytułu

PL

Udar balistyczny kompozytów poliestrowo-szklanych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work presents results of ballistic impact tests on glass-fibre/polyester laminates. An effort has been made to manufacture composites with improved tolerance to ballistic impact using inexpensive, common materials like fibreglass and unsaturated polyester resin, by means of modern, yet popular moulding technology. Laminates were made using various E-type glass fibre reinforcements: chopped strand mat, continuous filament mat, cloth and two different woven rovings, with varying weight. Varying number of reinforcement layers were tested, as well as varying reinforcement-to-matrix ratio - from 20 to 60% vol. Samples of manufactured laminates were subjected to impact by a 3 g spherical hardened steel impactor moving at the velocity of 60 and 70 m/s (giving 5.4 and 7.35 Joules of kinetic energy, accordingly) using a gas gun test assembly. Samples were subsequently scanned using optical flat-bed scanner and the obtained images were digitally processed by software to measure the extent of delamination. Two ways of interpreting the extent of delamination in composites were tested - through the evaluation of delaminated volume and through the maximal delaminated surface area - to find usefulness of both methods. Impact energies were kept low such that none of manufactured laminates were perforated. The impact testing and image analysis of delaminated zone has shown similar range of damage in low-weight cloth and continuous filament mat, contrasted to inferior performance of chopped strand mat and high-weight, loose-structure woven rovings. Relationship between coherence of structure and delaminated area reduction has been shown. Unexpected three-dimensional shape of delaminated volume that had been found was discussed. Moreover, two methods of delaminated zone evaluation in composites subjected to impact - by means of delaminated volume and by means of delaminated area - has been discussed, suggesting superiority of the latter.

PL

Praca przedstawia wyniki balistycznych badań udarowych laminatów poliestrowo-szklanych. Wysiłki ukierunkowano na wyprodukowanie kompozytów o podwyższonej odporności na udar balistyczny, wykorzystując niedrogie, powszechnie stosowane materiały, takie jak włókno szklane i nienasycone żywice poliestrowe, przy użyciu nowoczesnej i jednocześnie popularnej technologii formowania. Laminaty wytworzono, wykorzystując wzmocnienie z włókna szklanego typu E w różnych postaciach: mat z włókien ciętych, mat pętlicowych z włókna ciągłego, tkaniny z jedwabiu szklanego oraz dwóch różnych tkanin rovingowych, różniących się gramaturą. Zastosowano zmienną ilość warstw poszczególnych typów wzmocnień oraz zmienny udział wzmocnienia w kompozycie - od 20 do 60% obj. Próbki wytworzonych laminatów poddano udarowi sferycznym impaktorem o masie 3 g ze stali utwardzanej cieplnie poruszającym się z prędkościami 60 i 70 m/s (co daje odpowiednio 5,4 i 7,35 J energii kinetycznej) z użyciem stanowiska badawczego typu działo gazowe (ang. gas gun). Następnie próbki poddano skanowaniu na optycznym skanerze płaskim, a uzyskane obrazy poddano cyfrowej analizie w celu określenia wielkości obszaru zdelaminowanego. Przetestowano dwa ujęcia ewaluacji obszaru zdelaminowanego - poprzez objętość zdelaminowaną oraz poprzez największe pole powierzchni delaminacji - w celu określenia przydatności obu metod. Energie udarów utrzymywano na niskim poziomie, tak że żadne z wytworzonych laminatów nie uległy perforacji. Wyniki badań udarowych i analizy obszarów poddanych delaminacji wykazały zbliżony poziom uszkodzeń w wyniku udaru u kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym w postaci tkaniny z jedwabiu szklanego o niskiej gramaturze oraz maty z włókien ciągłych i słabszych od nich właściwości w przypadku kompozytów wzmocnionych luźnymi tkaninami rovingowymi o dużych gramaturach oraz matami z włókien ciętych. Wykazano zależność między zwartością struktury wzmocnienia a korzystnym ograniczeniem obszaru uszkodzeń delaminacyjnych kompozytów. Niespodziewany kształt trójwymiarowej objętości zdelaminowanej otrzymano i został on przedyskutowany. Przedyskutowano ponadto dwie metody oceny obszaru zdelaminowanego w kompozycie poddanym udarowi - pod względem objętości zdelaminowanej oraz powierzchni zdelaminowanej - sugerując wyższość drugiego ujęcia.

Słowa kluczowe

EN

composite; laminate; impact testing; RTM; ballistic performance

PL

kompozyt; laminat; badanie udarowe; RTM; odporność balistyczna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 1
• Strony: 70--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., wykr.

Twórcy

autor

Barcikowski M

• Politechnika Szczecińska, Instytut Polimerów, Zakład Technologii Materiałów Polimerowych, Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin,

Bibliografia

• [1] Naik N.K., Shrirao P., Composite structures under ballistic impact, Composite Structures 2004, 66, 579-590.
• [2] Hetherington J.G., Energy and momentum changes during ballistic perforation, International Journal of Impact Engi-neeringl996, 18, 3, 319-337.
• [3] Kang T.J., Kim C, Energy-absorption mechanisms in Kevlar multiaxial warp-knit fabric composites under impact loading, Composite Science and Technology 2000, 60, 773-784.
• [4] Morye S.S., Hine P.J., Ducket R.A., Carr D.J., Ward I.M., Modelling of the energy absorption by polymer composites upon ballistic impact, Composite Science and Technology 2000,60,2631-2642.
• [5] Schrauwen B., Peijs T., Influence of matrix ductility and fibrę architecture on the repeated impact response of glass-fibre-reinforced laminated composites, Applied Composite Material 2002, 9, 331-352.
• [6] Naik N.K., Shrirao P., Reddy B.C.K, Ballistic impact behaviour of woven fabric composites: Formulation, International Journal of Impact Engineering 2006, 32, 9, 1521-1552.
• [7] Reis L., de Freitas M., Damage growth analysis of low velocity impacted composite panels, Composite Structures 1997,38, 1-4,509-515.
• [8] Hosur M.V., Karim M.R., Jeelani S., Experimental investigation on the response of stitched/unstitched woven S2-glass/SC15 epoxy composites under single and repeated low velocity impact loading, Composite Structures 2003, 61, 89-102.
• [9] Mouritz A.P., Gallagher J., Goodwin A.A., Flexural strength and interlaminar shear strength of stitched GRP laminates following repeated impacts, Composite Science and Technology 1997, 57, 509-522.
• [10] da Silva Junior J.E.L., Paciornik S., d'Almeida J.R.M., Evaluation of the effect of the ballistic damaged area on the residual impact strength and tensile stiffhess of glass-fabric composite materials, Composite Structures 2004, 64, 123--127.
• [11] Cheeseman B.A., Bogetti T.A., Ballistic impact into fabric and compliant composite materials, Composite Structures 2003,61, 161-173.
• [12] Olsson R., Mass criterion for wave controlled impact response of composite plates, Composites: Part A 2000, 31, 879-887.