Wytrzymałość na ściskanie polimerowych kompozytów warstwowych w warunkach udaru

• Autorzy: Imielińska K.

Warianty tytułu

EN

Effect of low velocity impact on compression strength of laminated polymer composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Porównano wytrzymałość na ściskanie i mechanizmy odpowiedzialne za poudarową wytrzymałość na ściskanie i tolerancję zniszczeń udarowych laminatów szklanych o osnowie żywicy epoksydowej lub winyloestrowej, jak również epoksydowych laminatów węglowych oraz hybrydowych: węglowo-szklanych lub aramidowo-szklanych. Dla laminatów epoksydowych o wzmocnieniu węglowym i szklanym oraz węglowo-szklanym otrzymano zbliżone wartości wytrzymałości na ściskanie, co potwierdza teorię, iż wytrzymałość na ściskanie jest niewrażliwa na znaczne różnice w wytrzymałości włókien w przypadku kruchych włókien węglowych lub szklanych. W przypadku laminatów aramidowo-szklanych, ze względu na małą wytrzymałość na ściskanie osiowe włókien aramidowych wytrzymałość na ściskanie jest zdominowana przez własności osnowy. Różnica wytrzymałości na ściskanie epoksydowego laminatu aramidowo-szklanego w stosunku do szklanego lub węglowo-szklanego wyniosła ok. 40%. Zastosowanie żywicy winyloestrowej jako osnowy kompozytu szklanego przyczyniło się do podniesienia wytrzymałości na ściskanie laminatu o ponad 30%, w porównaniu z żywicą epoksydową, ze względu na większy opór pękania żywicy winyloestrowej. W zakresie poudarowej wytrzymałości na ściskanie laminatów szklanych uzyskano podobne zachowanie - ok. 45-55% spadek wytrzymałości na ściskanie przy prawie niewidocznych zniszczeniach udarowych (rzędu 100-150 mm kwadratowych) w przypadku osnowy epoksydowej i winyloestrowej. W oparciu o analizę obrazów SEM podano przypuszczalne przyczyny obserwowanego spadku Rc. Pomimo stosunkowo niskiej wytrzymałości na ściskanie kompozytów epoksydowych wzmocnionych tkaniną aramidowo-szklaną po udarze laminaty te zachowują wytrzymałość na ściskanie Rc w większym stopniu niż pozostałe badane materiały (ok. 30-35% R0 wartości wyjściowej wytrzymałości na ściskanie przy PNZ w porównaniu z 40-45% R0 dla kompozytu węglowo/szklanego). Wyższa tolerancja zniszczeń udarowych przez laminaty aramidowo-szklane związana jest ze zdolnością do odkształcania się włókien aramidowych, dzięki czemu następuje zmniejszanie koncentracji naprężenia w miejscu wystąpienia pęknięć udarowych w laminacie przy poudarowym ściskaniu.

EN

Compression strength, impact damage tolerance and the post-impact mechanisms of compression strength reduction have been compared for epoxy resin composites reinforced with woven carbon and E glass fibres as well as aramid-glass fibre fabric. Similar values of compression strength have been obtained for laminates reinforced with fibres of different strength (glass, carbon) which confirms that compression strength of polymer laminates reinforced with brittle fibres is insensitive to the fibre tensile strength and stiffness. In the case of aramid-glass laminates due to low shear strength of aramid fibres compression strength is dominated by the behaviour of the matrix. The difference in compression strength of aramid-glass/epoxy and glass or carbon/epoxy laminates was approximately 40%. The behaviour of vinyl ester-matrix/glass laminates has been compared with that of epoxy resin resulting in 40% improvement in compression strength for glass/vinyl ester due to higher toughness of vinyl ester resin. The compression after impact strength was similar for both resins and glass reinforcement - 45-55% reduction in initial compression strength at BVID (barely visible damage - 100-150 square mm). This has been explained based on SEM images of the impacted samples sections. Despite lower compression strength of aramid-glass/epoxy composite impact damage tolerance in this laminate was higher (30-35% drop) as compared with 40-45% reduction for carbon and carbon/glass/epoxy laminate. Such behaviour of aramid-glass laminate results from low sensitivity of aramid fibres to impact damage induced stress concentration due to plastic deformation of aramid fibres.

Słowa kluczowe

PL

wytrzymałość na ściskanie; kompozyt warstwowy polimerowy; poudarowa wytrzymałość na ściskanie; włókno aramidowe; winyl

EN

compression strength; laminated polymer composites; impact damage tolerance; aramid fibres; vinyl

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego
• Czasopismo: Archiwum Nauki o Materiałach
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 25, nr 1
• Strony: 73--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Imielińska K.

• Politechnika Gdańska, WydziałMechaniczny, Katedra Inżynierii Materiałowej, ul. Narutowicza 11/12, 80-952

Bibliografia

• [1] S. Abrate, Appl. Mech. Rev., 44, 155(1991).
• [2] F. L Mattews , R. D. Rawlings, Composite Materials. Engineering and Science, Chapman & Hall, (1994), s. 363.
• [3] V. J. Hawyes, P T. Curtis, C. Soutis, Composites A, 32. 1263 (2001).
• [4] I. Verpoest, G. S, Springer. J. Reinf. Plast. Compos., 7, 23 (1988).
• [5] K. Imielińska, R. Wojtyra, Adv. in Mat. Sci., 3, (2003).
• [6] K. Imielińska, L. Guillaumat, R. Wojtyra, J - L. Lataillade, M . Touzet, Proc. 2d Int. Conf. EDEM, Bordeaux 2003.
• [7] G. A. Davies, D. Hitchings, G. Zhou, Composites 27A, 1147 (1996).
• [8] H . Leda, Kompozyty polimerowe z włóknami ciągłymi Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań 2000, s. 163.
• [9] D . Hull, An introduction to composite materials, Cambridge University Press 1992, s. 234.
• [10] M. O. W. Richardson, M. J. Wisheart, Composites, 27 A, 1123 (1996).
• [11] A. Bełzowski, Z. Rechul, J. Stasieńko. Kompozyty (Composites), 2,394 (2002).
• [12] R. Selzer, K. Friedrich, Composites, 28A, 595 (1997).
• [13] G. A. Schoeppner, S. Abrate, Composites, 31, 903 2000.
• [14] K. Imielińska, R. Wojtyra, Kompozyty (Composites), 2, 364 2002.
• [15] M. Akay, K. A. Mun. A. Stanley , Compos. Sci. Technol, 57, 565 (1997).
• [16] W. J. Cantwell, P. T. Curtis, J. Morton, Composites, 14, 301 (1983).
• [17] G. Sala, Composites, 31B, 357 (2000).
• [18] M. R. Piggot, B. Harris, J. Mat. Sci. 16, 687 (1981).
• [19] M. S. Sohn, X. Z. Hu, J. K. Kim, L. WaIker, Composites 31B, 681, (2000).
• [20] K. Imielińska, R. Wojtyra, Inż. Mat., 3, (2003).
• [21] K. Imielińska, R. Wojtyra, Badania wybranych metod wytwarzania wielkogabarytowych elementów kadłubów okrętowych z nowoczesnych kompozytów polimerowych, spraw, grantu KBN, Politechnika Gdańska, 2001.
• [22] K. Imielińska, M. Castaings,J. Haras, E. Le Clezio, B. Hosten, Proc. 9th Int. Scientific Conference AMME, Gliwice - Sopot - Gdańsk, 2000.
• [23] C. D. R. Cartie, P. E. lrving, Composites, 33A, 483 (2002).
• [24] W. J. Cantwell, J. Mono n, Composites, 22, 347 (1991).