Effect of resin modification on the impact strength of glass-polyester composites

Barcikowski, M.; Królikowski, W.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Effect of resin modification on the impact strength of glass-polyester composites

Autorzy

Barcikowski M. , Królikowski W.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

https://ichp.vot.pl/index.php/p

Identyfikatory

Warianty tytułu

Wpływ modyfikacji żywicy na udarność kompozytów poliestrowo-szklanych

Języki publikacji

Abstrakty

Fiber-reinforced plastics (FRP) are nowadays used commonly for constructions subjected to impacts of different energies and velocities, therefore the problem of their impact resistance is very important. One of the methods to improve impact properties of the composites is resin modification with elastomeric phase. In this study the effect of resins addition on properties of composites of unsaturated polyester (UP) resins with glass fibers was investigated. At the first stage, the properties of Polimal 109-32K UP resin modified by the addition of reactive liquid rubbers were tested. The wettability of glass fibers by resin compositions was also tested. Composites were then prepared with the addition of 2 and 6 phr of epoxy or vinyl terminated butadiene-acrylonitrile rubbers (ETBN or VTBN, respectively), as well as 5 and 15 wt. % of Polimal 150 elastic UP resin. These composites were subjected to mechanical tests. Impact properties were tested using Charpy method, as well as by a ballistic impact using a gas gun. After the ballistic impact, damage extent and residual strength as well as water leakage through the composites were evaluated. The damage was also investigated under a microscope. The damage extent was confirmed to be linearly dependent on the impact energy. The addition of rubber was found to decrease the damage extent and increase post-impact residual strength, as well as decrease water leakage rate.

Kompozyty poliestrowo-szklane znajdują coraz szersze zastosowania do wytwarzania różnych konstrukcji poddawanych działaniu udarów o różnych energiach i prędkościach. Jednym ze sposobów polepszenia udarności kompozytów może być modyfikacja żywicy poliestrowej, stanowiącej matrycę, dodatkiem fazy elastomerowej. W ramach pracy zbadano wpływ wprowadzenia kauczuków na właściwości kompozytów nienasyconych żywic poliestrowych z włóknem szklanym. Pierwszym etapem prac było zbadanie właściwości poliestrowej żywicy konstrukcyjnej Polimal 109-32K modyfikowanej kauczukami (tabela 2, rys. 4). Metodą elektrooptyczną określono wpływ modyfikacji kompozycji na proces zwilżania włókna szklanego żywicą (rys. 5). Płyty kompozytowe przygotowano z użyciem pętlicowej maty szklanej i żywicy poliestrowej Polimal 109-32K modyfikowanej dodatkiem 2 lub 6 części na sto (phr) kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego z epoksydowymi lub winylowymi grupami końcowymi (odpowiednio ETBN lub VTBN) w postaci przedmieszek ze styrenem (50:50). Dla porównania zastosowano również modyfikację żywicą elastyczną Polimal 150 w ilościach 5 i 15 % mas. Kompozyty poddano badaniom mechanicznym, w szczególności udarowym. Właściwości udarowe kompozytów badano metodą Charpy'ego, jak również poddając próbki „ostrzałowi” z użyciem działa gazowego (tabela 1, rys. 3). Po ostrzale, zbadano rozległość powstałych uszkodzeń (rys. 8 i 9), także po udarach wielokrotnych (rys. 10 i 11). Zbadano także wytrzymałość poudarową kompozytów (rys. 12 i 13) oraz wykonano próby przecieku wody (rys. 14 i 15). Przekroje uszkodzeń kompozytów zostały poddane oględzinom mikroskopowym (rys. 16). Potwierdzono liniową zależność powierzchni obszaru uszkodzonego pod wpływem udaru od energii udaru. Dodatek obu stosowanych ciekłych kauczuków reaktywnych zmniejszał rozmiar pola uszkodzeń oraz podwyższał wytrzymałość pozostałą kompozytów, wpływał również na zmniejszenie przecieków wody.

Słowa kluczowe

polymer composites glass-polyester laminates resin toughening reactive liquid rubbers impact strength ballistic impact residual strength

kompozyty polimerowe laminaty poliestrowo-szklane modyfikacja żywicy kauczuk reaktywny ciekły udarność udar balistyczny wytrzymałość poudarowa

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej

Czasopismo

Polimery

Rocznik

2013

Tom

T. 58, nr 6

Strony

450--460

Opis fizyczny

Bibliogr. 121 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Barcikowski M.

autor

Królikowski W.

West Pomeranian University of Technology, Polymer Institute Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin, Poland, Michal.Barcikowski@zut.edu.pl

Bibliografia

[1] Sultan J. N., McGarry F. J.: J. Polym. Sci. 1973, 13, 29.
[2] Ozturk A., Kaynak C., Tincer T.: Eur. Polym. J. 2001, 37, 2356.
[3] Chikhi N., Fellahi S., Bakar M.: Eur. Polym. J. 2002, 38, 251.
[4] Kinloch A. J., Shaw S. J., Tod D. A., Hunston D. L.: Polymer 1983, 24, 1341.
[5] Kinloch A. J., Shaw S. J., Tod D. A., Hunston D. L.: Polymer 1983, 24, 1355.
[6] Kinloch A. J., Mohammed R. D., Taylor A. C., Eger C., et al.: J. Mater. Sci. 2005, 40, 5083.
[7] Kinloch A. J., Mohammed R. D., Taylor A. C., et al.: J. Mater. Sci. 2006, 41, 5043.
[8] Kinloch A. J., Masania K., Taylor A. C., et al.: J. Mater. Sci. 2008, 43, 1151.
[9] Abadyan M., Bagheri R., Kouchakzadeh M. A., Hosseini Kordkheili S. A.: Mater. Design 2011, 32, 2900.
[10] Varley R. J.: Polym. Int. 2004, 53, 78.
[11] Bascom W. D., Ting R. Y., Moulton R. J., et al.: J. Mater. Sci. 1981, 16, 2657.
[12] Yee A. F., Pearson R. A.: J. Mater. Sci. 1986, 21, 2462.
[13] Pearson R. A., Yee A. F.: J. Mater. Sci. 1986, 21, 2475.
[14] Huang Y., Kinloch A. J.: J. Mater. Sci. 1992, 27, 2753.
[15] Huang Y., Kinloch A. J.: J. Mater. Sci. 1992, 27, 2763.
[16] Scott J. M., Phillips D. C.: J. Mater. Sci. 1975, 10, 551.
[17] Bascom W. D., Cottington R. L., Jones R. L., Peyser P.: J. Appl. Polym. Sci. 1975, 19, 2545.
[18] Imanaka M., Motohashi S., Nishi K., et al.: Int. J. Adhes. Adhes. 2009, 29, 45.
[19] Kostański L. K., Królikowski W.: Int. Polym. Sci. Tech. 1985, 12, T/131.
[20] Crosbie G. A., Phillips M. G.: J. Mater. Sci. 1985, 20, 182.
[21] Crosbie G. A., Phillips M. G.: J. Mater. Sci. 1985, 20, 563.
[22] „Polymeric Materials Encyclopedia” (Ed. Salamone J. C.), CRC Press, 1996, pp. 8486—8488.
[23] „Polymeric Materials Encyclopedia” (Ed. Salamone J. C.), CRC Press, 1996, pp. 8489—8496.
[24] Robinette E. J., Ziaee S., Palmese G. R.: Polymer 2004, 45, 6143.
[25] Ullet J. S., Chartoff R. P.: Polym. Eng. Sci. 1995, 35, 1086.
[26] Tong S.-N., Wu P. T. K.: J. Reinf. Plast. Comp. 1990, 9, 299.
[27] Park C.-E.: Polymer (Korea) 1990, 14, 266.
[28] Pham S., Burchill P. J.: Polymer 1995, 36, 3279.
[29] „Rubber-Toughened Plastics. Advances in Chemistry Vol. 222 ” (Ed. Riew C. K.), American Chemical Society, 1989, pp. 375—388.
[30] Dreerman E., Narkis M., Siegmann A., Joseph R., et al.: J. Appl. Polym. Sci. 1999, 72, 647.
[31] Abrate S.: „Impact on composite structures”, Cambridge University Press, Cambridge 1998.
[32] Kusaka T., Hojo M., Mai Y.-W., Kurokawa T., et al.: Compos. Sci. Technol. 1998, 58, 591.
[33] Naik N. K., Shrirao P.: Compos. Struct. 2004, 66, 579.
[34] Cheeseman B. A., Bogetti T. A.: Compos. Struct. 2003, 61, 161.
[35] Olsson R.: Compos. A 2000, 31, 879.
[36] Bland P. W., Dear J. P.: Compos. A 2001, 32, 1217.
[37] Cantwell W. J., Morton J.: Composites 1991, 22, 347.
[38] Mines R. A. W., Roach A. M., Jones N.: Int. J. Impact. Eng. 1999, 22, 561.
[39] Hetherington J. G.: Int. J. Impact. Eng. 1996, 18, 319.
[40] Naik N. K., Shrirao P., Reddy B. C. K.: Int. J. Impact. Eng. 2006, 32, 1521.
[41] Kang T. J., Kim C.: Compos. Sci. Technol. 2000, 60, 773.
[42] Morye S. S., Hine P. J., Duckett R. A., et al.: Compos. A 1999, 30, 649.
[43] Morye S. S., Hine P. J., Duckett R. A., et al.: Compos. Sci. Technol. 2000, 60, 2631.
[44] Liu D., Raju B. B., Dang X.: Int. J. Impact. Eng. 1998, 21, 837.
[45] López-Puente J., Zaera R., Navarro C.: Compos. B 2002, 33, 559.
[46] Aktaþ M., Atas C., Ýçten B. M., Karakuzu R.: Compos. Struct. 2009, 87, 307.
[47] Gama B. A., Gillespie Jr. J. W.: Compos. Struct. 2008, 86, 356.
[48] Iannucci L., Dechaene R., Willows M., Degrieck J.: Comput. Struct. 2001, 79, 785.
[49] Franz T., Nurick G. N., Perry M. J.: Int. J. Impact. Eng. 2002, 27, 639.
[50] Walter T. R., Subhash G., Sankar B. V., Yen C. F.: Compos. B 2009, 40, 584.
[51] Zee R. H., Hsieh C. Y.: Polym. Compos. 1993, 14, 265.
[52] Woodward R. L., Egglestone G. T., Baxter B. J., Challis K.: Polym. Eng. 1994, 4, 329.
[53] Bourke P.: „Ballistic impact on composite armour”, Cranfield University, submitted for the award of PhD, 2007.
[54] Zhou G.: Compos. Struct. 1998, 42, 375.
[55] Reis L., de Freitas M.: Compos. Struct. 1997, 38, 509.
[56] Hosur M. V., Karim M. R., Jeelani S.: Compos. Struct. 2003, 61, 89.
[57] Mouritz A. P., Gallagher J., Goodwin A. A.: Compos. Sci. Technol. 1997, 57, 509.
[58] da Silva Junior J. E. L., Paciornik S., d’Almeida J. R. M.: Compos. Struct. 2004, 64, 123.
[59] Sjögren A., Krasnikovs A., Varna J.: Compos. A 2001, 32, 1237.
[60] Schrauwen B., Peijs T.: Appl. Compos. Mater. 2002, 9, 331.
[61] Kang T.-J., Kim C.: Fiber Polym. 2000, 1, 45.
[62] de Freitas M., Silva A., Reis L.: Compos. B 2000, 31, 199.
[63] Mouritz A. P.: Compos. B 2001, 32, 431.
[64] Mitrevski T., Marshall I. H., Thomson R., et al.: Compos. Struct. 2005, 67, 139.
[65] Davies G. A. O., Hitchings D.,Wang. J.: Compos. Sci. Technol. 2000, 60, 1.
[66] „ICCM/9 Composites Properties and Applications Volume VI” (Ed. Miravette A.), University of Zaragoza, Woodhead Publishing Limited, Zaragoza (Hiszpania) — Abington (Anglia) 1993, pp. 15—21.
[67] da Silva Jr J. E. L., Paciornik S., Almeida J. R. M.: Polym. Test. 2004, 23, 599.
[68] Kim J.-K., Sham M.-L.: Compos. Sci. Technol. 2000, 60, 745.
[69] Zhang Z. Y., Richardson M. O.W.: Compos. Struct. 2007, 81, 195.
[70]Will M. A., Franz T., Nurick G. N.: Compos. Struct. 2002, 58, 259.
[71] Sabet A. R., Beheshty M. H., Rahimi H.: Polym. Compos. 2008, 29, 932.
[72] Piggot M. R.: „Load Bearing Fibre Composites”, Kluwer Academic Publishers, Hingham 2002.
[73] Shim V. P.W., Yang L. M.: Int. J. Mech. Sci. 2005, 47, 647.
[74] Hirai Y., Hamada H., Kim J.-K.: Compos. Sci. Technol. 1998, 58, 91.
[75] Imielińska K., Castaings M., Wojtyra R., Haras J., et al.: J. Mater. Proc. Technol. 2004, 157—158, 513.
[76] Prichard J. C., Hogg P. J.: Composites 1990, 21, 503.
[77] Imielińska K., Guillaumat L.: Compos. Sci. Technol. 2004, 64, 2271.
[78] Shyr T.-W., Pan Y.-H.: Compos. Struct. 2003, 62, 193.
[79] Walker L., Sohn M. S., Hu X.-Z.: Compos. A 2002, 33, 893.
[80] Gu B., Xu J.: Compos. B 2004, 35, 291.
[81] Tanoglu M., Tugrul Seyhan A.: Int. J. Adhes. Adhes. 2003, 23, 1.
[82] Park R., Jang J.: Polym. Test. 2003, 22, 939.
[83] Hammond R. I., ProudW. G., Goldrein H. T., Field J. E.: Int. J. Impact. Eng. 2004, 30, 69.
[84] Nunes L. M., Paciornik S., d’Almeida J. R. M.: Compos. Sci. Technol. 2004, 64, 945.
[85] DeLuca E., Prifti J., BetheneyW., Chou S. C.: Compos. Sci. Technol. 1998, 58, 1453.
[86] Kim J.-K., Sham M.-L., Sohn M.-S., Hamada H.: Polymer 2001, 42, 7455.
[87] Schoeppner G. A., Abrate S.: Compos. A 2000, 31, 903.
[88] Cartié D. D. R., Irving P. E.: Compos. A 2002, 33, 483.
[89] Larsson F., Svensson L.: Compos. A 2002, 33, 221.
[90] Hosur M. V., Vaidya U. K., Ulven C., Jeelani S.: Compos. Struct. 2004, 64, 455.
[91] Lopresto V., Melito V., Leone C., Caprino G.: Compos. Sci. Technol. 2006, 66, 206.
[92] Chambers A. R., Mowlem M. C., Dokos L.: Compos. Sci. Technol. 2007, 67, 1235.
[93] Corum J. M., Battiste R. L., Ruggles-Wrenn M. B.: Compos. Sci. Technol. 2003, 63, 755.
[94] Okafor A. C., Otieno A.W., Dutta A., Rao V. S.: Compos. Struct. 2001, 54, 289.
[95] Asp L. E., Juntikka R.: Compos. Sci. Technol. 2009, 69, 1478.
[96] Findik F., Tarim N.: Compos. Struct. 2003, 61, 187.
[97] Tarim N., Findik F., Uzun H.: Compos. Struct. 2002, 56, 13.
[98] Zhou G.: Compos. Struct. 1996, 35, 171.
[99] Tai N. H., Yip M. C., Lin J. L.: Compos. Sci. Technol. 1998, 58, 1.
[100] de Freitas M., Reis L.: Compos. Struct. 1998, 42, 365.
[101] Bibo G. A., Hogg P. J., Kemp M.: Composites 1995, 26, 91.
[102] Zhang Z. Y., Richardson M. O.W.: Compos. A 2005, 36, 1073.
[103] Gao S.-L., Kim J.-K.: Compos. A 2001, 32, 775.
[104] Kinsey A., Saunders D. E. J., Soutis C.: Composites 1995, 26, 661.
[105] Luo R. K., Green E. R., Morrison C. J.: Compos. B 2001, 32, 513.
[106] Luo R. K.: Compos. Sci. Technol. 2000, 60, 49.
[107] de Morais W. A., Monteiro S. N., d’Almeida J. R. M.: Compos. Struct. 2005, 67, 307.
[108] Kang K.-W., Kim J.-K.: Compos. A 2004, 35, 529.
[109] Jenq S. T.,Wang S. B., Sheu L. T.: J. Reinf. Plast. Comp. 1992, 11, 1127.
[110] Santulli C.:NDT&E International 2001, 34, 531.
[111] Wang S.-X.,Wu L.-Z., Ma L.: Mater. Design. 2010, 31, 118.
[112] Hou J. P., Jerominidis G.: Compos. A2000, 31, 121.
[113] „Materiały Polimerowe ‘2010" (Ed. Spychaj T., Spychaj S.), Szczecin 2010, pp. 105—110.
[114] ”Materiały Polimerowe ‘2010” (Ed. Spychaj T., Spychaj S.), Szczecin 2010, pp. 101—104.
[115] „Inwestycja w wiedzê” (Ed. Błasiak-Grudzień R.), Szczecin 2010, pp. 357—362.
[116] „Polimery i kompozyty konstrukcyjne” (Ed. Wróbel G.), Gliwice 2011, pp. 15—23.
[118] „13th Conference Applied Mechanics 2011” (Ed. Luboš Náhlík), Brno 2011, pp. 15—18.
[119] Barcikowski M., Semczyszyn B.: Kompozyty 2011, 11, 235.
[120] Gibbs & Cox, Inc. Naval Architects and Marine Engineers ”Marine Design Manual For Fiberglass Reinforced Plastics", McGraw-Hill Book Company, Inc., New York—Toronto—London 1960.
[121] Królikowski W.: ”Einige Eigenschaften der mischverstärkten Polyester-Konstruktionsplatten, besonders bei Zug- und Kugelschlag-Beanspruchung” I Internationale Tagung über Glasfaserverstärkte Kunststoffe und Epoxydharze, 22—27.03.1965 Berlin-Adlershof, E 4/1-E 4/12.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BAT4-0015-0014