Kompozyty polimerowo-włókniste o trójwymiarowym zbrojeniu

• Autorzy: Kozioł M. , Śleziona J.

Warianty tytułu

EN

Polymer-fibre composites with three-dimensional reinforcement

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaprezentowano aktualny stan wiedzy na temat wytwarzania i stosowania laminatów trójwymiarowych. Omówiono metody wytwarzania trójwymiarowych preform zbrojących z użyciem podstawowych technik włókienniczych, takich jak: tkanie, zszywanie, wyplatanie i dzianie. Omówiono też podstawowe metody wytwarzania kompozytów na bazie tychże preform, tj. RTM oraz RFI. Stwierdzono, że metoda RFI jest lepsza do wytwarzania elementów dużych o skomplikowanym kształcie, zaś RTM do wyrobów, które łatwo nasycać w dwuczęściowej formie. Przedstawiono właściwości mechaniczne laminatów wytworzonych na bazie trójwymiarowych preform. Stwierdzono, że laminaty trójwymiarowe cechują się znakomitymi właściwościami wytrzymałościowymi. W przypadku zbrojenia tkaniną grafitową 3D wytrzymałość na zginanie wynosi ok. 800 MPa. Przy zbrojeniu plecionką dochodzi nawet do 885 MPa. W obu przypadkach są to wartości znacznie wyższe w porównaniu z podobnymi (ekwiwalentnymi) laminatami 2D. Świadczy to o korzystnym wpływie dobrego uporządkowania struktury i o ograniczeniu zjawiska delaminacji, które w klasycznych laminatach negatywnie wpływa na wytrzymałość, szczególnie podczas zginania. Dzianiny grafitowe 3D wykazują wytrzymałość na ściskanie dochodzącą do 700 MPa - jest to wartość nieosiągalna dla podobnych laminatów klasycznych. Omówiono też wybrane przykłady wyrobów kompozytowych 3D, takich jak: panele skrzydła oraz poszycia kadłuba samolotu, turbina gazowa do sprężarki, komora spalania silnika rakietowego, wał sprzęgłowy, podwozie samochodu oraz kask rowerowy i hełm. Każdy z tych wyrobów został wykonany inną, optymalną dla siebie technologią. Laminaty trójwymiarowe są znakomitymi materiałami konstrukcyjnymi. W najbliższym czasie można się spodziewać dalszego zwiększania zainteresowania nimi, szczególnie na elementy odpowiedzialne.

EN

The paper presents recent knowledge about manufacturing and application of the 3D laminates. Methods of producing of 3D reinforcing preforms by weaving, stitching, braiding and knitting are discussed. Main methods of manufacturing of the laminates from 3D preforms - RTM and RFI - are also discussed. It has been concluded, that RFI method is better for manufacturing big products of complicated shape. RTM is suitable for all products which are able to be impregnated in 2-part mould. There have been presented mechanical properties of 3D laminates manufactured from 3D preforms: stitched, woven, braided and knitted. It was concluded that 3D laminates have excelent mechanical properties. For reinforcement with 3D graphite woven fabric flexural strength amounts about 800 MPa. For reinforcement with 3D graphite braided fabric it reaches even 885 MPa. In both cases the strength is significantly higher than for equivalent 2D laminates. It testifies advantageous influence of well structure order and of limiting the delamination processes, which deteriorates strength (especially flexural) in classic laminates. 3D graphite knitted fabrics show compression strength up to 700 MPa - such amount is unobtainable for equivalent 2D laminates. Exemplary 3D composite products have been discussed: aircraft wing and skin panels, gas turbine for a compressor, rocket thrustcell, coupling shaft, car chassis, bike-helmet and protective-helmet. Each of these products was manufactured by optimal technology. 3D laminates are excelent construction materials. In near future we may expect their further development, especially for resposible elements.

Słowa kluczowe

PL

odporność delaminacyjna; laminat; 3D; laminat zszywany; parametry zszywania

EN

delamination thoughness; 3D laminates; stitched laminate; stitching parametres

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 2
• Strony: 123--129
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14., rys., zdj.

Twórcy

autor

Kozioł M.

autor

Śleziona J.

• Politechnika Śląska, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice,

Bibliografia

• [1] Dow M.B., Dexter H.B., Development of stitched, braided and woven composite structures in the ACT program and at Langley Research Center (1985 to 1997), Raport NASA TP-97-206234, Langley, 1997.
• [2] Hansmann H., Compendium Composites, Hand-book/Extraction - Braiding, Hochschule Wismar, FB MVU, Wismar 2003.
• [3] Mouritz A.P., Bannister M.K., Falzon P.J., Leong K.H., Review of applications for advanced three-dimensional fibre textile composites, Composites Part A 1999, 30, 1445-1461.
• [4] Kozioł M., Odporność na delaminację zszywanych laminatów polimer - włókno szklane, Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Katowice 2007.
• [5] Kozioł M., Śleziona J., Właściwości mechaniczne zszywanych laminatów żywica poliestrowa - włókno szklane, Kompozyty (Composites) 2006, 6, 2, 14-20.
• [6] Kozioł M., Kulawik A., Śleziona J., Kształt delaminacji w laminacie zszywanym po próbie udarowej z użyciem spadającego ciężarka, Kompozyty (Composites) 2007, 7, 1, 25-31.
• [7] Kozioł M., Śleziona J., Wpływ deformacji struktury zbrojenia na właściwości mechaniczne zszywanych laminatów żywica poliestrowa - włókno szklane, Inżynieria Materiałowa 2006, XXVII, maj-czerwiec, 616-620.
• [8] Stobbe D., Mohamed M., 3D woven composites: cost and performance viability in commercial applications, Proc. 48'h International SAMPE Symposium, 2003.
• [9] www.3tex.com (na dzień 10.02.2008)
• [10] Huang Z.M., Ramakrishna S., Micromechanical modeling approaches for the stiffness and strength of knitted fabric composites: a review and comparative study, Composites Part A 2000, 31,479-501.
• [11] Wan Y.Z., Lian J.J., Huang Y., He F., Wang Y.L., Jiang H.J., Xin J.Y., Preparation and characterization of three-dimensional braided carbon/Kevlar/epoxy hybrid composites, Journal of Materials Science 2007, 42, 1343-1350.
• [12] www.grc.nasa.com (na dzień 10.02.2008)
• [13] Verpoest I., Gommers B., Huymans G., Ivens I., Luo Y., Pandita S., Philips D., The potential of knitted fabrics as a reinforcements for composites, Proc. 1111 International Conference on Composite Materials, 1997, 1108-1133.
• [14] www.autexrj.com (na dzień 10.02.2008)