The effect of reinforcing fabric type on mechanical performance of laminar FR epoxy composite

• Autorzy: Kozioł M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ rodzaju wzmocnienia na właściwości mechaniczne warstwowego epoksydowego kompozytu włóknistego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The scope of the study is the experimental evaluation of the effect of the main characteristics of fabrics used as a reinforcement of polymer matrix composites on the mechanical performance of composites. The characteristics taken into consideration are: (1) fibre material - Kevlar, carbon, glass, (2) areal weight - 90 and 300 g/m2; only for glass fibre, (3) reinforcement form - plain weave fabric, chopped mat; only for glass fibre, (4) weave type - plain, twill; only for carbon fibre, (5) tow size K - 2, 3, 12; only for carbon fibre. Static flexural tests were conducted for all the specimens. The flexural strength (Rg), flexural modulus (Eg) and the strain by maximum load obtained during bending (Epsilon) have been determined. It was found that the material of reinforcing fibres has an essential effect on the mechanical performance of a laminate. Laminates reinforced with carbon fibres had/obtained/achieved thegreatest Rg and Eg. Glass-reinforced (GFRP) laminates performed slightly better in comparison to Kevlar-reinforced ones. However, the Kevlar-reinforced laminates showed the highest deformability at high load. An increase in areal weight of a reinforcing fabric causes a growth in the Rg and Eg and a decrease in deformability of a GFRP laminate. The reinforcement form evidently affects the mechanical performance of a laminate. The GFRP 0/90 fabric reinforced laminate showed an Rg half higher in comparison to the equivalent chopped-matt reinforced one. The twill carbon fabric FRP laminate showed a slightly lower Rg and Eg, whilst a bit higher deformability in comparison to the plain weave carbon fabric FRP one. The tow size K practically does not affect the strength or deformability of a CFRP laminate. However, an increase in K causes a drop in the elastic modulus of the composite.

PL

Celem pracy jest eksperymentalna ocena wpływu podstawowych cech tkanin wzmacniających na właściwości mechaniczne wytworzonych laminatów o osnowie polimerowej. Cechy tkanin, które wzięto pod uwagę podczas oceny, to: (1) materiał tkaniny - poliaramid, węgiel, szkło, (2) gramatura tkaniny - 90 oraz 300 g/m2; tylko włókno szklane, (3) postać wzmocnienia - płótno, mata; tylko włókno szklane, (4) rodzaj splotu - płócienny, skośny; tylko włókno węglowe, (5) K tkaniny (ilość elementarnych włókien w paśmie rowingu) - 2, 3 oraz 12; tylko włókno węglowe. Dla wszystkich materiałów przeprowadzono próby zginania statycznego. Wyznaczono: wytrzymałość na zginanie (Rg), moduł przy zginaniu (Eg) oraz odkształcenie względne przy maksymalnym obciążeniu w próbie zginania (Epsilon). Stwierdzono, że materiał włókien wzmacniających ma podstawowe znaczenie dla właściwości wytrzymałościowych i sprężystych kompozytu. Laminat wzmocniony włóknem węglowym wykazał najwyższe Rg oraz Eg spośród badanych. Laminat z włóknem szklanym wykazał wyższy poziom właściwości od kompozytu wzmocnionego poliaramidem. Kompozyt poliaramidowy ma z kolei najwyższą spośród badanych laminatów odkształcalność przy dużym obciążeniu. Wzrost gramatury tkaniny wzmacniającej powoduje polepszenie Rg oraz Eg i jednoczesny spadek odkształcalności laminatu z włóknem szklanym. Postać wzmocnienia bardzo znacząco wpływa na właściwości wytrzymałościowe i sprężyste laminatu wzmacnianego włóknem szklanym. Kompozyt wzmacniany tkaniną krzyżową wykazał Rg o połowę wyższą w porównaniu z ekwiwalentnym laminatem wzmocnionym matą. Laminat wzmocniony satynową tkaniną węglową wykazał nieznacznie niższe wartości Rg oraz Eg, ale nieco wyższą odkształcalność w porównaniu z laminatem wzmocnionym tkaniną płócienną. Wielkość pasma rowingu K praktycznie nie ma wpływu na wytrzymałość i odkształcalność laminatu z włóknem węglowym. Jednakże, wzrost K powoduje dość wyraźny spadek modułu kompozytu.

Słowa kluczowe

EN

laminate; tow size K; areal weight; plain weave; twill weave; carbon fibres; glass fibres; kevlar

PL

laminat; wielkość pasma K; gramatura; splot płócienny; splot skośny; włókno węglowe; włókno szklane; kewlar

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 1
• Strony: 60--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozioł M.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland,

Bibliografia

• [1] Hyla I., Sleziona J. Composites, Elements of mechanics and design, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004 (in Polish).
• [2] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998.
• [3] Park J.-M., Kim D.-S., Kim S.-R., Improvement of interfacial adhesion and nondestructive damage evaluation for plasma- treated PBO and Kevlar fibers/epoxy composites using micromechanical techniques and surface wettability, Journal of Colloid and Interface Science 2003, 264, 431-445.
• [4] Hyla I., Wybrane zagadnienia z inżynierii materiałów kompozytowych, PWN, Warszawa 1978.
• [5] Hyla I., Elementy mechaniki kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1995.
• [6] http://www.fitwerx.com/splash (access 04.01.2012).
• [7] Nakai A., Osada T., Hamada H., Takeda N., Role of surface treatment in textile composites, Composites: Part A 2001, 32, 487-498.
• [8] Kozioł M., Śleziona J., Właściwości mechaniczne zszywanych laminatów Ŝywica poliestrowa - włókno szklane, Kompozyty 2006, 6, 2, 14-20.
• [9] Mouritz A.P., Cox B.N., A mechanistic interpretation of the comparative in-plane mechanical properties of 3D woven, stitched and pinned composites, Composites, 2010, 41A, 709-728.
• [10] Bibo G.A., Hogg P.J., Influence of reinforcement architecture on damage mechanisms and residual strength of glassfibre/ epoxy composite systems, Composites Science and Technology 1998, 58, 803-813.
• [11] Leda H., Kompozyty polimerowe z włóknami ciągłymi, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2000.
• [12] Di Bella G., Fiore V., Valenza A., Effect of areal weight and chemical treatment on the mechanical propertiesof bidirectional flax fabrics reinforced composites, Materials and Design 2010, 31, 4098-4103.
• [13] Vallons K., Behaeghe A., Lomov S.V., Verpoest I., Impact and post-impact properties of a carbon fibre non-crimp fabric and a twill weave composite, Composites 2010, Part A, 41, 1019-1026.
• [14] Hadavinia H., Ghasemnejad H., Effects of Mode-I and Mode-II interlaminar fracture toughness on the energy absorption of CFRP twill/weave composite box sections, Composite Structures 2009, 89, 303-314.
• [15] http://www.oxeon.se (access 04.01.2012).