Impact damage in polyester-matrix glass fibre-reinforced composites. Part I. Impact damage extent

• Autorzy: Barcikowski M. , Semczyszyn B.

Warianty tytułu

PL

Uszkodzenia udarowe we wzmocnionych włóknem szklanym kompozytach o matrycy poliestrowej. Część I. Rozległość uszkodzeń udarowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fibre-reinforced composites are susceptible to damage resulting from impacts. This damage may lead to a reduction of composite strength and load-bearing abilities, both in static loading as well as during subsequent impact events. Composites with improved tolerance to ballistic impact using inexpensive, common materials i.e. E-glass fibre and unsaturated polyester resin, have been manufactured by means of modern, yet popular moulding technology. Composite materials were reinforced with an E-type glass fibre in the form of a continuous filament mat and woven roving. The fibre content in the composites was varied to evaluate the effect of the reinforcement fraction on impact tolerance. The composites were manufactured using the Resin Transfer Moulding (RTM) method. The extent of damage in glass fibre/polyester composites after non-penetrating ballistic impact has been evaluated. Samples of the manufactured laminates were subjected to impact using a compressed-air gun test assembly. The impactor was a free-flying 3-gram hardened steel sphere, and the impact velocities were up to 125 m/s. After the impact and damage evaluation, the samples were photographed in transmitted light, and the obtained images were digitally processed by software to measure the area of delamination. It was found that the damaged area is directly proportional to the impact energy. Moreover, reinforcement in the form of a continuous-filament mat compares favourably to loose woven roving; such reinforced composites have a much smaller area of delamination after impact of a given energy. The impacted samples were sectioned and imaged microscopically in low magnification. The damage in continuous-filament mat-reinforced composites is visibly less severe than in composites with fabric reinforcement.

PL

Kompozyty wzmocnione włóknami są podatne na uszkodzenia powstałe w wyniku udarów. Uszkodzenia te mogą prowadzić do obniżenia wytrzymałości kompozytów oraz ich zdolności do przenoszenia obciążeń, zarówno przy obciążeniach statycznych, jak i podczas kolejnych zdarzeń udarowych. W pracy podjęta została próba wytworzenia kompozytów o podwyższonej odporności na udar balistyczny z użyciem niedrogich, powszechnie stosowanych materiałów, takich jak włókno szklane typu E i nienasycona żywica poliestrowa, za pomocą nowoczesnej, a jednocześnie popularnej na świecie metody formowania. Wykorzystano kompozyty wzmocnione włóknem szklanym typu E w postaci maty z włókien ciągłych i tkaniny rovingowej. Zawartość włókien w kompozycie była zmieniana w celu zbadania wpływu udziału wzmocnienia na odporność udarową kompozytu. Materiały zostały wytworzone z użyciem metody RTM (Resin Transfer Moulding). Przeprowadzono ewaluację rozległości uszkodzeń kompozytów poliestrowo-szklanych po niepenetrującym udarze balistycznym. Próbki wytworzonych laminatów zostały poddane udarowi z użyciem urządzenia udarowego napędzanego sprężonym powietrzem. Impaktorem była swobodna, 3 gramowa kula z utwardzonej stali, a prędkości udarów sięgały 125 m/s. Po udarze oszacowana została rozległość uszkodzeń. W tym celu próbki zostały sfotografowane w świetle przechodzącym i poddane cyfrowej analizie obrazu, aby zmierzyć powierzchnię delaminacji. Pole uszkodzeń okazało się być wprost proporcjonalne do energii udaru. Co jest istotne, materiały wzmocnione matą z włókien ciągłych wypadły korzystnie w porównaniu z tymi wzmocnionymi tkaniną rovingową, tj. cechowały się wyraźnie mniejszym polem uszkodzeń po udarze o danej energii. Próbki po badaniu udarowym zostały przecięte i poddane oględzinom mikroskopowym pod niewielkim powiększeniem. Kompozyty wzmocnione matą z włókien ciągłych odniosły wyraźnie mniej poważne uszkodzenia.

Słowa kluczowe

EN

polymer composites; laminates; unsaturated polyester resin; glass fibre; ballistic impact; damage

PL

kompozyty polimerowe; laminaty; żywica poliestrowa nienasycona; włókno szklane; udar balistyczny; uszkodzenia

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 3
• Strony: 230--234
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Barcikowski M.

autor

Semczyszyn B.

• West Pomeranian University of Technology, Polymer Institute, Division of Polymer Materials Technology, ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin, Poland,

Bibliografia

• [1] Avila A.F., Soares M.I., Neto A.S., A study on nanostructured laminated plates behavior under low-velocity impact loading, International Journal of Impact Engineering 2007, 34, 28-41.
• [2] Schrauwen B., Peijs T., Influence of matrix ductility and fibre architecture on the repeated impact response of glassfibre- reinforced laminated composites, Applied Composite Materials 2002, 9, 331-352.
• [3] Naik N.K., Shrirao P., Composite structures under ballistic impact, Composite Structures 2002, 66, 579-590.
• [4] Hetherington J.G., Energy and momentum changes during ballistic perforation, International Journal of Impact Engineering 1996, 18, 319-337.
• [5] 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.
• [6] 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.
• [7] Naik N.K., Shrirao P., Reddy B.C.K., Ballistic impact behaviour of woven fabric composites: Formulation, International Journal of Impact Engineering 2006, 32, 1521-1552.
• [8] Reis L., de Freitas M., Damage growth analysis of low velocity impacted composite panels, Composite Structures 1997, 38, 509-515.
• [9] 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.
• [10] da Silva Jr J.E.L., Paciornik S., d’Almeida J.R.M., Determination of the post-ballistic impact mechanical behaviour of a ±45° glass-fabric composite, Polymer Testing 2004, 23, 599-604.
• [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.
• [13] DeLuca E., Prifti J., Betheney W., Chou S.C., Ballistic impact damage of S 2-glass reinforced plastic structural armour, Composite Science and Technology 1997, 58, 1453 1461.
• [14] Zhang Z.Y., Richardson M.O.W., Low velocity impact induced damage evaluation and its effect on the residual flexural properties of pultruded GRP composites, Composite Structures 2007, 81, 195-201.
• [15] Shyr T.-W., Pan Y.-H., Impact resistance and damage characteristics of composite laminates, Composite Structures 2003, 62, 193-203.
• [16] Walker L., Sohn M.-S., Hu X.-Zh., Improving impact resistance of carbon-fibre composites through interlaminar reinforcement, Composites Part A 2002, 33, 893-902.
• [17] Park R., Jang J., Effect of laminate thickness on impact behavior of aramid fiber/vinylester composites, Polymer Testing 2003, 22, 939-946.
• [18] Da Silva Jr 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 stiffness of glass-fabric composite materials, Composite Structures 2004, 64, 123-127.
• [19] Barcikowski M., Remaining strength in glass-polyester laminated composites subjected to ballistic impact, Kompozyty (Composites) 2009, 9, 271-275.
• [20] Hosur M.V., Vaidya U.K., Ulven C., Jeelani S., Performance of stitched/unstitched woven carbon/epoxy composites under high velocity impact loading, Composite Structures 2004, 64, 455-466.
• [21] Imielinska K., Castaings M., Wojtyra R., Haras J., Le Clezio E., Hosten B., Air-coupled ultrasonic C-scan technique in impact response testing of carbon fibre and hybrid: glass, carbon and Kevlar/epoxy composites, Journal of Materials Processing Technology 2004, 157 158, 513-522.
• [22] Tarim M., Findik F., Uzun H., Ballistic impact performance of composite structures, Composite Structures 2002, 56, 13-20.
• [23] Somashekar A.A., Bickerton S., Bhattacharyya D., Exploring the non-elastic compression deformation of dry glass fibre reinforcements, Composite Science and Technology 2007, 67, 183-200.