Wpływ deformacji struktury zbrojenia na właściwości mechaniczne zszywanych laminatów żywica poliestrowa - włókno szklane

• Autorzy: Kozioł M. , Śleziona J.

Warianty tytułu

EN

Influence of reinforcing structure deformation on mechanical properties of stitched polyester resin - glass fiber laminates

• Konferencja: Krajowa Konferencja "Nowe Materiały - Nowe Technologie w Przemyśle Okrętowym i Maszynowym" (III; 28.05. - 01.06.2006; Międzyzdroje, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule podjęto próbę określenia wpływu stopnia deformacji struktury zbrojenia zszywanego laminatu żywica poliestrowa - włókno szklane na jego właściwości wytrzymałościowe oraz sprężyste wyznaczane w próbach zginania statycznego oraz udarności Charpy’ego. Próbom poddano próbki laminatów 8 oraz 10 warstwowych zbrojonych tkaniną szklaną klasycznych oraz o zbrojeniu przeszytym nicią kewlarową Część z preform została zszyta maszynowo ze zróżnicowaną siłą naciągu (ustawiono siłę naciągu równą 6 jednostkom - średnia, oraz siłę naciągu równą 10 jednostkom - duża), zaś część preform zszywano ręcznie prostym ściegiem maszynowym, w celu uzyskania możliwie minimalnej siły naciągu nici przy zachowaniu pozostałych warunków. Finalnie uzyskano preformy klasyczne oraz zszyte z trzema różnymi wartościami siły naciągu (różnym stopniem deformacji). Nasycanie preform przeprowadzono metodą próżniową (ang. Resin Transfer Moulding). Próbom statycznym i udarowym poddano próbki laminatu niezszywane oraz zszywane, zginane wzdłuż i poprzecznie do kierunku linii szwów. Podczas prób wyznaczono takie parametry, jak: wytrzymałość na zginanie, moduł sprężystości, udarność, wskaźnik lepkości DJ. Zauważono, że wytrzymałość na zginanie, moduł sprężystości oraz udarność ulegają istotnemu zmniejszeniu w miarę zwiększania siły naciągu nici zszywającej - przykładowo laminat zszywany z małą siłą naciągu wykazał ok 15% spadek wytrzymałości względem laminatu niezszywanego, zaś podobny laminat zszywany z dużą siłą naciągu wykazał spadek blisko 40% Podwyższeniu ulega jedynie wskaźnik lepkości DJ. Zmiany te wiążą się z tym, że w miarę wzrostu siły naciągu nici podczas zszywania warstw zbrojących wzrasta stopień deformacji struktury zbrojenia laminatu zszywanego. Deformacja spowodowana naciągiem nici zszywającej ma postać linii, wzdłuż których grubość preformy zbrojącej jest mniejsza. Obszary te stają się liniami ułatwionego zginania (mniejszy wskaźnik przekroju). Obecność linii zmniejszonej grubości struktury zbrojącej ma szczególne znaczenie podczas zginania. W celu zminimalizowania deformacji zszywanie preform zbrojących laminatów należy prowadzić przy możliwie najmniejszej sile naciągu nici.

EN

The paper presents the results of static flexural tests and Charpy impact resistance tests both, unstitched and stitched polyester resin - glass fibers laminates, of 8 and 10 fabric layers. The stithed laminates were stitched with KevlarŽ 50 thread, by various thread tension. Two parts of fiber preforms were stitched using sewing machine, by two different levels of tension force (medium – 6 units, high – 10 units). One part of the preforms was stitched manually (adopted low tension force - 1 unit). The laminates were impregnated using RTM method. The flexural and impact resistance tests were conducted on unstitched and stitched specimens, parallel and perpendicularly to the stitch lines direction (Fig.2). Flexural strength, flexural modulus, Charpy impact resistance, viscosity factor DJ were obtained. Flexural strength, flexural modulus and Charpy impact resistance showed visible decrease with increasing the stitching thread tension – for instance laminate stitched by low tension force exhibited 15% decrease comparing with unstitched one, whilst laminate stitched with high tension force pointed out decrease of almost 40% (Fig.3 – 5, 9, 10) – while viscosity factor DJ showed growth (Fig.6, 10). The changes are associated with growth of a laminte reinforcing strusture deformation level, which rises with growth of the stitching thread tension. Deformation of the laminate reinforcing structure due to stitching thread tension has a shape of the lines of reduced thickness. These regions become the lines of facilitated flexure (lower section modulus – Fig.1, 7). Presence of such lines is specially important during flexural loading. For minimize the deformations, stitching of the preforms should be carried on by possibly lowest stitching thread tension force.

Słowa kluczowe

PL

włókno szklane; wpływ deforamcji struktury zbrojenia; właściwości mechaniczne zszywanych laminatów; wytrzymałość; zginanie; udarność

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 3
• Strony: 616--620
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Kozioł M.

autor

Śleziona J.

• Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• [1] Prichard J. C, Hogg P. J.: The role of impact damage in postimpacted compression testing, Composites, 21 (1990) s. 503 - 511
• [2] Liu D.: Delamination resistance in stitched and unstitched composite plates subjected to impact loading, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 9 (1990) s. 59 - 69
• [3] Su K. B.: Delamination resistance of stitched thermoplastic matrix composite laminates, ASTM STP 1044,1989, s. 279 - 300
• [4] Chung W. C, Jang B. Z., Chang T. C, Hwang L R., Wilcox R. C: Fracture behaviour of stitched multidirectional composites, Material Science and Engineering, A1 12 (1989) s. 157 - 173
• [5] Jang B. Z., Cholakara M., Jang B. P., Shih W. K.: Mechanical properties in multidimensional composites, Polymer Engineering and Science, 31 (1991) s. 40 - 46
• [6] Cantwell W. J., Morton J.: The impact resistance of composite materials - A review, Composites, 22 (1991) s. 347 - 362
• [7] Mayadas A., Pastore C, Ko F. K.: Tensile and shear properties of composites by various reinforcement concepts, Proceedings of 30th International SAMPE Symposium, 19 - 25 March 1985, s. 1284 - 1293
• [8] Chan W. S.: Design approaches for edge delamination resistance in laminated composites, Journal of Composites Technology and Research, 14 (1991) s. 91 - 96
• [9] Jain L. K., Mai Y.-W.: Recent work on stitching of laminatem composites - theoretical analysis and experiments, Proc. ICCM - 11, Gold Coast, Australia, 1997
• [10] Stickler P. B., Ramulu M.: Parametric analyses of stitched composite T-joints by the finite element method, Materials and Design, 23 (2002) s. 751 - 758
• [11] Reeder J. R., Glaessgen E. H.: Debonding of stitched composite joints under static and fatigue loading, Journal of Reinforced Plastics and Composites, vol. 23, No. 3/2004, s. 249 - 63
• [12] Brown A. S.: Cutting composite costs with needle and thread, Aerospace America, 24 - 25 listopad 1997
• [13] Mouritz A. P., Bannister M. K., Falzon P.J., Leong K. H: Review of applications for advanced three-dimensional fibre textile composites, Composites: Part A, 30 (1999) s. 1445 - 61
• [14]Rhee K. Y., Kim H. J., Park S. J.: Effect of strain rate on the compressive properties of graphite/epoxy composite in a submarine environment, Composites: Part B 37 (2006) s. 21 - 25
• [15] Mouritz A. P.: The damage to stitched GRP laminates by underwater explosion shock loading, Composites Science and Technology, 55 (1995) s. 365 - 74
• [16] Mouritz A. P.:Flexural properties of stitched GRP laminates, Composites: Part A, 27 (1996) s. 525 - 30
• [17] Mouritz A. P.: Ballistic impact and explosive blast resistance of stitched composites, Composites: Part B, 32 (2001) s. 431 - 439
• [18] Shah Khan M. Z., Mouritz A. P.: Fatigue behaviour of stitched GRP laminates, Composites Science and Technology, 56 (1996) s. 695 - 701
• [19] Mouritz A. P., Cox B. N.: A mechanistic approach to the properties of stitched laminates, Composites: Part A, 31 (2000) s. 1 - 27
• [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, 64 (2004) s. 455 - 466
• [21] Kozioł M., Hyla I., Rutecka M.: Wpływ zszywania zbrojenia laminatów polimer - włókno szklane na ich właściwości wytrzymałościowe podczas zginania statycznego oraz dynamicznego, Materiały Konferencyjne „Nowe Technologie i Materiały w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej. XII Seminarium Naukowe”, s. 173 - 178, Katowice, 2004
• [22]Kresse D.: Robotergeführte Einseit - Nähtechnik für die Preformherstellung, Materiały Konferencyjne „Tagungsband zum 5. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 24 – 25 październik 2002
• [23] Podolski P., Myalski J., Śleziona J., Program Komputerowy CAŁKA J, Politechnika Śląska, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, Katowice, 2002