Evaluation of vacuum resin infusion process on selected glass fibre performs

• Autorzy: Kozioł M. , Rydarowski H. , Myalski J.

Warianty tytułu

PL

Ocena przebiegu procesu infuzji próżniowej na wybranych preformach z włókna szklanego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The scope of the study is to evaluate the behaviour of exemplary glass fibre preforms during the vacuum infusion process. The reinforcing preforms were prepared from: plain weave crimp fabric, chopped strand mat (with two alternative binders -polyester-appropriate and universal), a unidirectional (UD) fabric and a 3 mm PARABEAM® 3D rising fabric. ESTROMAL 14 polyester resin was used as the matrix. All the laminates showed a fibre volume fraction in the range of 49 ÷52%. The permeability analysis was conducted with the use of PAM-RTM software by the ESI GROUP. As the base for the analysis, measured experimental saturation times were used. It is probably the simplest method to determine the permeability of fibrous preforms. The plain weave fabric showed a satisfactory saturation time (less than 9 min for 250 mm preform section) and permeability (5.66 ·10 –10 m2). The infusion process proceeded in a stable way and the resin front ran uniformly along the whole width of the preform. The chopped strand mat showed a saturation time similar to the plain weave fabric. However, it showed a very long time of saturation (over 46 min for 250 mm preform section) and low permeability (1.06 ·10 –10 m2) for the universal binder applied to the fibres. The universal binder probably does not react efficiently with terephthalate resins (ESTROMAL 14). The UD fabric showed evident anisotropy in permeability. When saturated along the main fibre strands, the permeability was by half higher than in the case of the plain weave fabric (8.2 ·10 –10 m2). When saturated transverse to the main fibre strands, it showed a permeability lower by about 40% in comparison to the direction along the main strands (4.65 ·10 –10 m2). The application of a spreading mesh considerably shortens the saturation time of the UD fabric (less than 1.5 min for 250 mm preform section), but it results in a deficient saturation. The PARABEAM ® fabric showed a lack of the "rising" effect in the VIP process. However, further investigations may show some applications for this structure in pressureassisted technological processes. The study showed that PAM-RTM software may be successfully applied to determine the permeability of fibrous preforms and to analyse the saturation processes. The determined values and trends in the K1 and saturation time are the initial assessment of preforms applicability in the vacuum infusion process.

PL

Celem pracy jest ocena procesu infuzji próżniowej na wybranych preformach włókien szklanych, z zastosowaniem żywicy poliestrowej. Preformy zostały przygotowane dla: tkaniny rowingowej płóciennej (krzyżowej), maty (z dwoma alternatywnymi rodzajami lepiszcza - dla poliestrów oraz uniwersalnym), tkaniny jednokierunkowej (UD) oraz tkaniny wstającej 3D PARABEAM ® o grubości 3 mm. Do nasycania użyto żywicy poliestrowej ESTROMAL 14. Wytworzone laminaty cechowały się udziałem objętościowym włókien w zakresie 49 ÷52%. Dla założonego programu eksperymentów przeprowadzono analizę przepuszczalności preform z użyciem oprogramowania PAM-RTM firmy ESI GROUP. Jako podstawę do tej analizy wykorzystano czasy nasycania zmierzone wcześniej w rzeczywistych warunkach laboratoryjnych. Jest to prawdopodobnie najprostsza metoda wyznaczania przepuszczalności preform włóknistych. Preforma płóciennej tkaniny rowingowej wykazała zadowalająco krótki czas nasycania (poniżej 9 min dla 250 mm odcinka) w procesie infuzji i dobrą przepuszczalność (5,66 ·10 –10 m2). Proces postępował stabilnie, a front żywicy przemieszczał się równomiernie wzdłuż całej szerokości preformy. Mata z lepiszczem dla poliestrów wykazała podobny do tkaniny krzyżowej czas nasycania oraz przepuszczalność. W przypadku preformy maty z lepiszczem uniwersalnym zaobserwowano bardzo długi czas nasycania (ponad 46 min dla odcinka 250 mm) i niską przepuszczalność (1,06 ·10 –10 m2). Tkanina UD wykazała ewidentną anizotropię w przepuszczalności. Przy nasycaniu w kierunku zgodnym z ułożeniem pasm włókien jest ona o połowę wyższa niż dla tkaniny krzyżowej (8,2 ·10 –10 m2). Przy nasycaniu w kierunku poprzecznym do pasm włókien przepuszczalność jest o ok. 40% niższa niż dla kierunku wzdłuż pasm (4,65 ·10 –10 m2). Nałożenie na preformę siatki rozprowadzającej znacznie skraca czas nasycania tkaniny UD (poniżej 1,5 min dla odcinka 250 mm), ale skutkuje niedosyceniem przekroju preformy - od 1 do 3 warstw pozostaje częściowo nienasyconych. Tkanina PARABEAM ® nie wykazała efektu "wstawania" podczas procesu infuzji z powodu docisku worka. Jednakże, prawdopodobne jest wykazanie w dalszych badaniach ewentualnej przydatności tej tkaniny dla procesów ciśnieniowych. Niniejsze studium wskazuje, że program PAM-RTM może być z powodzeniem zastosowany do wyznaczania przepuszczalności preform i do analizy procesów nasycania. Wyznaczone wartości i trendy K1 oraz czasu nasycania stanowią wstępne szacowanie przydatności preform dla procesu infuzji.

Słowa kluczowe

EN

laminate; perform; vacuum infusion; numerical simulation; rising fabric

PL

laminat; preforma; infuzja próżniowa; symulacja numeryczna; tkanina wstająca

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 12, nr 4
• Strony: 285--290
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozioł M.

autor

Rydarowski H.

autor

Myalski J.

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

Bibliografia

• [1] Hyla I., Sleziona J., Composites. Elements of mechanics and design, Wydawnictwo Politechniki Ślaskiej, Gliwice 2004 (in Polish).
• [2] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998.
• [3] Leda H., Kompozyty polimerowe z włóknami ciągłymi, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2000.
• [4] http://cdn.fibreglast.com/downloads/vacuuminfusion.pdf (access 01.08.2012).
• [5] Reuterlov S., Cost effective infusion of sandwich composites for marine applications, Reinforced Plastics 2002, 12, 30-34.
• [6] Marsh G., Resin film infusion - composites cost reducer, Reinforced Plastics 2002, 2, 44-49.
• [7] Dow M.B., Dexter H.B., Development of stitched, braided and woven composite structures in the ACT Program and at Langley Research Center (1985 to 1997). Summary and Bibliography, NASA/TP-97-206234, USA 1997.
• [8] Hufenbach W., Blazejewski W., Kroll L., Bohm R., Gude M., Czulak A., Manufacture and multiaxial test of composite tube specimens with braided glass fiber reinforcement, J. Mater. Proc. Technol. 2005, 162-163, 65-70.
• [9] Kozioł M., Śleziona J., Rury kompozytowe o różnych strukturach wzmocnienia wytworzone metodą RTM, Kompozyty (Composites) 2009, 9, 3, 244-249.
• [10] Kozioł M., Śleziona J., Charakterystyka płyt kompozytowych wytworzonych metodą RTM na bazie zszywanych preform włókna szklanego, Inżynieria Materiałowa 2008, 2 (162), rok XXIX, marzec - kwiecień, 109-113.
• [11] Kozioł M., Experimental study on the effect of stitch arrangement on mechanical performance of GFRP laminates manufactured on a basis of stitched preforms, Journal of Composite Materials 2012, 46, 9, 1067-1078.
• [12] Kozioł M., Myalski J., Bogdan A., Wytwarzanie kompozytów warstwowych metodą RFI”, Kompozyty (Composites) 2009, 9, 3, 265-270.
• [13] Kozioł M., Myalski J., Wróbel M., Kompozyty o wzmocnieniu hybrydowym: włókno szklane - włókno naturalne, Materiały X Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej Kompozyty 2010 - Monografia (ed. G. Wróbel, Polimery i kompozyty konstrukcyjne, Wisła 2010, 174-180.
• [14] Legocka I., Wierzbicka E., Al-Zahari T.J.M., Osawaru O., Modified halloysite as a filler for epoxy resins, Polish Journal of Chemical Technology 2011, 3, 47-52.
• [15] Seyhan A.T., Tanoglu M., Schulte K., Mode I and mode II fracture toughness of E-glass non-crimp fabric/carbon nanotube (CNT) modified polymer based composites, Eng. Fract. Mech. 2008, 18, 75, 5151-5162.
• [16] Florjańczyk Z., Plichta A., Dębowski M., Związki glinoorganiczne jako inicjatory i katalizatory procesów polimeryzacji łańcuchowej, Polimery 2012, 6, 425-432.
• [17] Łoś P., Łukomska A., Kowalska S., Jeziórska R., Krupka J., Właściwości kompozytów polimerowych z udziałem proszków lub płatków miedzi jako napełniaczy, Polimery 2012, 5, 338-346.
• [18] Czech Z., Butwin A., Development of photoreactive UV- crosslinkable solvent-free acrylic pressure-sensitive adhesives coated at room temperature and used for removable and repositionable self-adhesive materials, Polish Journal of Chemical Technology 2011, 1, 31-34.
• [19] Mossety-Leszczak B., Ciekłokrystaliczne żywice epoksydowe jako matryce kompozytów i nanokompozytów, Polimery 2012, 3, 183-191.
• [20] Koushyar H., Alavi-Soltani S., Minaie B., Violette M., Effects of variation in autoclave pressure, temperature, and vacuum-application time on porosity and mechanical properties of a carbon fiber/epoxy composite, Journal of Composite Materials 2012, 16, 1985-2004.
• [21] Wang P., Drapier S., Molimard J., Vautrin A., Minni J.C., Numerical and experimental analyses of resin infusion manufacturing processes of composite materials, Journal of Composite Materials 2012, 13, 1617-1631.
• [22] http://www.crash.com.pl/ (access 01.08.2012)
• [23] Bear J., Dynamics of Fluids in Porous Media, American Elsevier 1972.
• [24] http://www.smooth-on.com/ (access 01.08.2012).