Wpływ wody i udaru na właściwości mechaniczne nowoczesnych kompozytów polimerowych dla okrętownictwa

• Autorzy: Imielińska K. , Wojtyra R.

Warianty tytułu

EN

Effect of water and impact on the mechanical behaviour of hybrid polymer composites for marine applications

• Konferencja: II Krajowa Konferencja "Nowe Materiały - Nowe Technologie w Przemyśle Okrętowym i Maszynowym", Międzyzdroje, 7-10 września 2003
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zbadano zachowanie dwóch kompozytów warstwowych hybrydowych o wzmocnieniu aramidowo-szklanym w osnowie winyloestrowej i epoksydowej, w stanie suchym i po nasyceniu wodą. Materiały te badano ze względu na zastosowanie w okrętownictwie i interesujące właściwości włókien aramidowych - lżejsze od włókien węglowych, niezwykle odporne na przebicie przy udarze i ścieranie, ale jednocześnie bardzo drogie (ok. 200 zl/m kwadratowy) i higroskopijne. Zbrojenie laminatów miało postać tkaniny hybrydowej aramidowo-szklanej (1) lub składało się z naprzemian ułożonych jednorodnych warstw włókien aramidowych i szklanych (2). Zbadano chłonność wody do nasycenia (70%C), określając współczynniki dyfuzji wody. Określono własności laminatów w próbie rozciągania, zginania ściskania i ścinania międzywarstwowego. Ze względu na słabą zwilżalność włókien aramidowych przez żywicę winyloestrową kompozyty wykazały bardzo niską wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe w stosunku do kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym. Wpływ wody był minimalny. Wytrzymałość na ściskanie, najbardziej niekorzystna własność kompozytów aramidowych w przypadku laminatów aramidowo-szklanych okazała się ponad dwukrotnie niższa niż kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym ze względu na bardzo niską wytrzymałość na ścinanie włókien aramidowych. W stanie mokrym własność ta dodatkowo spada z powodu pęknięć na granicy włókien i osnowy spowodowanych przez naprężenia wywołane przez nierównomierną absorpcję wody. Wszystkie badane właściwości okazały się wyższe dla laminatu zbrojonego tkaniną hybrydową (1) w stosunku do kompozytu (2). Dotyczy to zarówno stanu suchego jak i po nasyceniu wodą. Kompozyty ze wzmocnieniem (2) nasycają się szybciej i przy wyższej zawartości wody (4,4%) dla obu typów osnowy. Określono odporność udarową komozytów za pomocą pola zniszczeń udarowych w funkcji energii udaru w próbie ze spadającym ciężarem oraz poudarową wytrzymałość na ściskanie. Pod wpływem wody i udaru o energii wywołującej prawie niewidoczne zniszczenia wytrzymałość na ściskanie (3,5-4,5 kJ/m) spadła o około 30-40% w porównaniu z 20-30% dla próbek suchych. Nie zaobserwowano znaczącej różnicy w odporności udarowej kompozytów (1) i (2).

EN

The behaviour of two hybrid laminated composites reinforced with aramid and glass fibres in vinyl ester or epoxy matrix has been studied in dry and water saturated condition. These materials have been selected because of the applications in ship building industry and interesting properties of aramid fibres - lighter than carbon fibres, highly resistant to impact perforation and abrasion, yet very expensive and hygroscopic. The reinforcement was in the form of hybrid aramid-glass fabric A-E (1) and interlayer aramid fabric and glass fabric A/E (2) in vinyl ester or epoxy resin. Water absorption has been tested in 70 degrees centigrade, diffusion coefficients have been determined. The interlaminar shear strength (ILSS), flexural, tensile and compression strengths have been estimated and found superiour for reinforcement (1) both in dry and wet condition, yet much lower than for glass-fibre reinforced composite due to poor wettability of aramid fibre by the resins. Composites with reinforcement (2) absorb 4,4% water at saturation. Water caused numerous fibre-matrix debonding both in glass as well as aramid fibre boundles due to differences in water absorption characteristics of components. This damage does not affect the ILSS however has a strong effect on flexural and compression behaviour. The joint effect of impact and water on impact damage size and compression after impact strength have been studied. Under the influence of water compression after impact strength decreased by 30-40% as compared with 20-30% for dry samples for barely visible impact damage. There was no great difference in the impact behaviour of composite (1) and (2).

Słowa kluczowe

PL

woda; udar; właściwości mechaniczne; kompozyty polimerowe; okrętownictwo; aramid; włókno aramidowe; odporność; wzmocnienie

EN

water; impact; mechanical properties; hybrid polymer composites; marine application; shipbuilding industry; aramid fibres; resistance; reinforcement

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2003
• Tom: R. XXIV, nr 6
• Strony: 627--630
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Imielińska K.

• Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny

autor

Wojtyra R.

• Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa Politecłiniki Gdańskiej

Bibliografia

• 1. Smith CS.: Design of marine structures in composite materials, Elsevier Applied Science, London, 1990.
• 2. Akay M, Kong A.M., Stanley A,: 'Influence of moisture on the thermal and mechanical properties of autoclayed and oven-cured Keylar-49/epoxy laminates', Composites Science and Technology, 1997,57,565-571.
• 3. Mattews F.L., Rawlings L.D.: Composite Materials Engineering and Science, Chapman & Hall, 1994.
• 4. Leda H.: Kompozyty polimerowe z włóknami ciągłymi, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2000.
• 5. Verpoest I, and Springer G.S.: Effects of moisture on the compressive and interiaminar shear strengths of aramid-epoxy composites. Journal of Reinforced Plastics Composites 1988 ,7 23-32.
• 6. Piggot M.R. and Harris B.: Journal of Materials Science 16, 1981, s. 687.
• 7. Imielińska K., Wojtyra R.: Wpływ absorpcji wody na własności laminatów winyloestrowych wzmocnionych włóknem aramidowym i szklanym, Kompozyty (Composites), 6,2003.
• 8. Davies G.A. Hitchings D. and Zhou G,: 'Impact damage and residual strength of woven fabric glass/polyester laminates', Composjto, 1996,27A,
• 9. Imielińska K., Wojtyra R., Badania poudarowej wytrzymałości na ściskanie laminatów epoksydowych zbrojonych włóknami szklanymi, węglowymi, aramidowymi: w sprawozdaniu z grantu KBN, PG2001.
• 10. Wood C.A. & Bradley W.: Determination of the effect of seawater on the interfacial strength of an interiayer E-glass/graphite/epoxy composite by in situ observation of transverse cracking in an nyironmental SEM, Composites Science and Technology, 1997, 57,10