Surface quality and mechanical properties of epoxy-glass fibre laminates manufactured by RTM method with use of gelcoat

• Autorzy: Kozioł M. , Wieczorek J. , Hekner B.

Warianty tytułu

PL

Powierzchnia oraz właściwości mechaniczne laminatów żywica epoksydowa-włókno szklane wytworzonych metodą RTM z zastosowaniem żelkotu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to determine the effect of applying a gelcoat covering on the surface quality and mechanical properties of selected types of glass fibre reinforced polymer (GFRP) laminates produced by the resin transfer moulding (RTM) method. To carry out the investigations, a set of laminate panels was manufactured on the basis of three types of glass fibre reinforcements: plain-woven fabric, chopped strand mat and 3D fabric. They were manufactured by vacuum assisted resin transfer moulding (RTM), alternatively without and with an additional layer of gelcoat. The polyester gelcoat was applied with a brush. As the matrix of the composites, an epoxy resin was used. Evaluation of the manufactured laminate surfaces was conducted using an optical profilographometer, whilst evaluation of the border area between the gelcoat layer and the main structure of the laminate was carried out by microscopic visualization. In order to evaluate the effect of the gelcoat layer presence on the mechanical performance of the laminates, static bending tests were performed. The obtained results allow one to conclude that application of the gelcoat covering resulted in improvement of the investigated laminate surface quality. Decreases in the maximum and average heights of the surface profiles were observed. An especially big difference in the profile height is visible between the 3D laminate without and with the gelcoat covering. Almost all the taken photographs testify to very good coupling between the gelcoat layer and the main laminate structure. The transition between these two elements has a rather discrete character. However, an evident diffusion area occurs in the matrix-gelcoat coupling line and evident penetration of the gelcoat into the fibre strands occurs in the fibre-gelcoat coupling line. It was found that the presence of the gelcoat layer does not have a significant negative effect on the mechanical properties of the laminates. All the tested series of laminates with the gelcoat covering showed a significantly lower standard deviation than the equivalent series of laminates without gelcoat. It means better repeatability of the mechanical properties in the case of the laminates with the gelcoat covering in comparison with those without gelcoat. A consequence of the obtained results is the conclusion that RTM technology is very well suited for manufacturing laminate products with a gelcoat covering.

PL

Celem pracy było określenie wpływu zastosowania żelkotu na jakość powierzchni oraz właściwości mechaniczne wybranych typów laminatów wytworzonych metodą resin transfer moulding (RTM). Do realizacji celu badań wytworzono zestaw płyt z laminatów na bazie trzech typów wzmocnień szklanych: płóciennej tkaniny rowingowej, maty oraz tkaniny 3D. Uformowano je metodą resin transfer moulding (RTM) w układzie próżniowym. Płyty wytworzono alternatywnie bez użycia oraz z użyciem żelkotu. Żelkot poliestrowy nakładano pędzlem. Jako osnowę laminatów zastosowano żywicę epoksydową. Oceny powierzchni wytworzonych laminatów prowadzono przy użyciu profilografometru optycznego, a ocenę połączenia między warstwą żelkotu a właściwym laminatem prowadzono poprzez wizualizację mikroskopową. W celu oceny wpływu warstwy żelkotu na właściwości mechaniczne laminatu przeprowadzono próby zginania statycznego. Uzyskane wyniki pozwalają stwierdzić, że zastosowanie żelkotu praktycznie we wszystkich przypadkach spowodowało polepszenie jakości powierzchni laminatu, tzn. spadek zarówno maksymalnej, jak i średniej wysokości profilu tej powierzchni. Szczególnie dużą różnicę widać na przykładzie laminatu 3D. Praktycznie wszystkie wykonane fotografie świadczą o bardzo dobrym połączeniu między właściwą strukturą laminatu a warstwą żelkotu. Przejście ma charakter raczej skokowy, jednakże z wyraźną międzywarstwą dyfuzyjną w obszarach łączenia osnowa-żelkot oraz z wnikaniem żelkotu w pasma włókien w obszarach łączenia włókna-żelkot. Stwierdzono, że obecność warstwy żelkotu nie ma istotnego negatywnego wpływu na właściwości mechaniczne laminatów. Wszystkie badane serie próbek z żelkotem wykazały znacznie mniejsze odchylenie standardowe niż serie próbek bez żelkotu, co oznacza lepszą powtarzalność właściwości mechanicznych laminatów z żelkotem w porównaniu z laminatami bez żelkotu. Konsekwencją uzyskanych wyników jest wniosek, że technologia RTM bardzo dobrze nadaje się do wykonywania wyrobów z warstwą żelkotu.

Słowa kluczowe

EN

laminate; gelcoat; resin transfer moulding; RTM

PL

laminat; żelkot; nasycanie ciśnieniowo-próżniowe; RTM

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 3
• Strony: 189--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 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

autor

Wieczorek J.

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

autor

Hekner B.

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

Bibliografia

• [1] Hyla I., Śleziona J., Kompozyty: elementy mechaniki i projektowania, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
• [2] Boczkowska A., Kapuściński J., Lindemann Z., Witemberg-Perzyk D., Wojciechowski S., Kompozyty, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2013.
• [3] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998.
• [4] Kozioł M., Rydarowski H., Wytwarzanie wyrobów z laminatów żywica utwardzalna-włókno na przykładzie łopaty wentylatora przemysłowego, Wydawnictwo Głównego Instytutu Górnictwa, Katowice 2014.
• [5] Królikowski W., Polimerowe kompozyty konstrukcyjne, WN PWN, Warszawa 2012.
• [6] Sorrentino L., Bellini C., Gerevini E., New methodology to determine the compressibility curve in a RIFT process, Journal of Composite Materials 2014, 48, 10, 1233-1240.
• [7] http://www.yachtaman.pl/farby_jacht.html (access 21.02.2016).
• [8] http://www.rynekfarb.pl/powloki-zircotec-chronia-kompozyty/ (access 21.02.2016).
• [9] Nunna S., Chandra P.R., Shrivastava S., Jalan A.K., A review on mechanical behavior of natural fiber based hybrid composites, Journal of Reinforced Plastics and Composites 2012, 31, 11, 759-769.
• [10] Formela K., Korol J., Saeb M.R., Interfacially modified LDPE/GTR composites with non-polar elastomers: From microstructure to macro-behavior, Polymer Testing 2015, 42, 89-98.
• [11] Ramulu M., Wern C.W., Garbini J.L., Effect of fibre direction on surface roughness measurements of machined graphite/epoxy composite, Composites Manufacturing 1993, 4, 1, 39-51.
• [12] Korol J., Lenza J., Formela K., Manufacture and research of TPS/PE biocomposites properties, Composites Part B 2015, 68, 310-316.
• [13] Mania R.J., Kolakowski Z., Bienias J., Jakubczak P., Majerski K., Comparative study of FML profiles buckling and postbuckling behaviour under axial loading, Composite Structures 2015, 134, 216-225.
• [14] Whitney J.M., Nuismer R.J., Stress fracture criteria for laminated composites containing stress concentrations, Journal of Composite Materials 1974, 8, 3, 253-265.
• [15] Arasan S., Aktas M., Balcioglu H.E., Fracture toughness of woven glass and carbon reinforced hybrid and non-hybrid composite plates, Polymer Composites, article first published online 20 MAR 2016, DOI: 10.1002/pc.23999.
• [16] Sorrentino L., Bellini C., Compaction influence on spring-in of thin composite parts: Experimental and numerical results, Journal of Composite Materials 2015, 49, 17, 2149-2158.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.